Οριζμός

Καηαλύηης νλνκάδεηαη κία ρεκηθή νπζία πνπ αιιάδεη ηε ηαρύηεηα κηαο ρεκηθήο αληίδξαζεο ρωξίο όκωο λα κεηαβάιιεηαη ε ίδηα. Οη θαηαιύηεο πνπ παξάγνπλ νη δωληαλνί νξγαληζκνί είλαη πξωηεΐλεο θαη νλνκάδνληαη έλδπκα.

Τν ζύζηεκα εμάηκηζεο πνιιώλ λένπ ηύπνπ απηνθηλήηωλ είλαη εθνδηαζκέλν κε θαηαιύηε. Ελ πξνθεηκέλω ν θαηαιύηεο απηόο επηηαρύλεη ρεκηθή αληίδξαζε θαηά ηελ νπνία επηθίλδπλα αέξηα κεηαηξέπνληαη ζε ιηγόηεξν επηθίλδπλα.

1. Η αιιαγή ηαρύηεηαο ρεκηθήο αληίδξαζεο κε ρξεζηκνπνίεζε θαηαιύηε νλνκάδεηαη τημική καηάλσζη. Επίζεο ε νπζία πνπ κπνξεί λα βειηηώζεη έλα θαηαιύηε νλνκάδεηαη Προωθηηής καηαλύηοσ ή προωθηηής καηαλύηης.

Η θαηάιπζε είλαη δωηηθήο ζεκαζίαο ζηηο βηνρεκηθέο θαη βηνκεραληθέο δηαδηθαζίεο, γηαηί κπνξνύλ λα απμήζνπλ ηελ απνδνηηθόηεηα ηνπ ρεκηθνύ ζπζηήκαηνο ίζωο κέρξη εθαηό θνξέο.

Αρτή λειηοσργίας

Η ελέξγεηα ππνζεηηθνύ ρεκηθνύ ζπζηήκαηνο ζπλαξηήζεη ηεο εμέιημεο ηεο αληίδξαζεο. Η ρεκηθή αληίδξαζε είλαη ε Α+Β->ΑΒ θαη Κ ν θαηαιύηεο. Παξαηεξείζηε ηα δύν ελεξγεηαθά κέγηζηα.

Κάζε ρεκηθή αληίδξαζε είλαη απιή ή ζύλζεηε. Σηελ απιή ρεκηθή αληίδξαζε ζπκκεηέρνπλ κόλν ηα πξνϊόληα θαη αληηδξώληα ηεο αληίδξαζεο, ελώ ζηε ζύλζεηε ζπκκεηέρνπλ θαη άιιεο νπζίεο. Μηα ζύλζεηε. Κάζε απιή αληίδξαζε ραξαθηεξρεκηθήαληίδξαζε κπνξεί λα αλαιπζεί ζε επηκέξνπο δηαδνρηθέο απιέο αληηδξάζεηοίδεηαηππό ζπγθεθξηκέλεο πεξηβαιινληηθέο ζπλζήθεο από κία ηαρύηεηα. Η ηαρύηεηα κηαο ζύλζεηεο αληίδξαζεο ηζνύηαη πξαθηηθά κε ηελ ηαρύηεηα ηεο πην αξγήο απιήο αληίδξαζε πνπ ζπκκεηέρεη, όπωο ε ηαρύηεηα κηαο ζθπηαινδξνκίαο ηζνύηαη κε ηελ ηαρύηεηα ηνπ πην αξγνύ ζθπηαινδξόκνπ.

Ο θαηαιύηεο αληηθαζηζηά ηηο απιέο αληηδξάζεηο πνπ ζπκκεηέρνπλ ζε κηα ζύλζεηε αληίδξαζε κε άιιεο απιέο αληηδξάζεηο, επεξεάδνληαο ηελ ηαρύηεηά ηνπο. Ο ρεκηθόο δξόκνο πνπ ζα αθνινπζεζεί από ηα αληηδξώληα (απηόο κε ηνλ θαηαιύηε θαη απηόο ρωξίο ηνλ θαηαιύηε) εμαξηάηαη από ηελ δηαθνξά ελζαιπίαο ζηηο απιέο αληηδξάζεηο, ν δξόκνο πνπ ραξαθηεξίδεηαη από ην ρακειόηεξν ελεξγεηαθό κέγηζην είλαη απηή πνπ αθνινπζείηαη απζόξκεηα. Με άιια ιόγηα, ν θαηαιύηεο επηηξέπεη λα δηεμαρζεί ε ζύλζεηε αληίδξαζε κε ιηγόηεξε απνξόθεζε ελέξγεηαο από ην πεξηβάιινλ. Σπλήζωο ν θαηαιύηεο επηηαρύλεη ηελ αληίδξαζε.

Είδη καηαλσηικών επιθανειών

Χαξαθηεξίδνληαο ηηο θαηαιπηηθέο επηθάλεηεο κε βάζε ηε θπζηθή ηνπο δνκή είλαη δπλαηόλ λα θάλνπκε ηξεηο δηαθξίζεηο. Έηζη νη θαηαιπηηθέο επηθάλεηεο δηαθξίλνληαη ζε:

Με πνξώδε ζηεξεά, όπωο ε επηθάλεηα ελόο κεηαιιηθνύ θύιινπ.

Πνξώδε ζηεξεά, ζηα νπνία θαηαιπηηθά ζπκκεηέρεη θαη ε εζωηεξηθή επηθάλεηα ηωλ ηνηρωκάηωλ θαη ηωλ ππζκέλωλ ηωλ πόξωλ (internal surface) εθηόο ηεο εμωηεξηθήο ηνπο επηθάλεηαο (external surface ή geometrical surface). Παξάδεηγκα πνξώδνπο θαηαιύηε είλαη Εδώ ζα νξίζνπκε αθόκα έλα κέγεζνο, ηελ εηδηθή επηθάλεηα (specific surface area) ε νπνία ηζνύηαη κε ηε ζπλνιηθή επηθάλεηα ηνπ θαηαιύηε αλά κνλάδα βάξνπο θαηαιύηε. Καηαιαβαίλνπκε επνκέλωο πωο όζν πην πνξώδεο είλαη έλαο θαηαιύηεο ηόζν κεγαιύηεξε είλαη ε εηδηθή επηθάλεηα ηνπ.

Σηεξεά παξαζθεπαδόκελα κε δηαζπνξά κηαο θαηαιπηηθά ελεξγνύ θάζεο ζε έλα πνξώδεο πιηθό, ην νπνίν νλνκάδεηαη ππόζηξωκα (support) ή θνξέαο (carrier). Ο θνξέαο κπνξεί λα είλαη θαηαιπηηθά αδξαλήο κπνξεί όκωο θαη όρη. Σηε δεύηεξε απηή πεξίπηωζε απηό γίλεηαη πξνθεηκέλνπ ην ζύλνιν ηνπ θαηαιύηε λα επηδξά πάλω ζε δύν δηαθνξεηηθά ζηάδηα ηεο αληίδξαζεο ηαπηόρξνλα.

AYTOKINHTOY

ΕΙΔΗ ΚΑΤΑΛΥΤΩΝ

Αλάινγα κε ηνλ ηξόπν θαηαζθεπήο ηνπ θαηαιύηε

( εζσηεξηθό πιηθό ) :

Ι. Καηαιύηεο κε αληηθαζηζηώκελα ζθαηξίδηα (

πειιέηεο ).

ΙΙ. Καηαιύηεο κε θεξακηθό κνλόιηζν.

ΙΙΙ. Καηαιύηεο κε κεηαιιηθό κνλόιηζν.

Ι. Καηαιύηεο κε αληηθαζηζηώκελα ζθαηξίδηα.

Οη θαηαιύηεο απηνί είλαη γεκάηνη κε ζθαηξίδηα , ηα νπνία είλαη από αδξαλέο πιηθό θαη έρνπλ κηα ιεπηή επηθάιπςε από πιαηίλα . Τα ζθαηξίδηα δεκηνπξγνύλ κέζα ζην δνρείν ηνπ θαηαιύηε κηα πνξώδε κάδα, δηακέζνπ ηεο νπνίαο πεξλνύλ ηα θαπζαέξηα. Δεκηνπξγνύλ όκσο θαη κεγάιε αληίζιηςε θαη ελεξγνπνηνύληαη κε θαζπζηέξεζε. Όπσο ηα θαπζαέξηα πεξλνύλ δηακέζνπ ησλ ζθαηξηδίσλ , εθάπηνληαη κε ηελ πιαηίλα θαη γίλνληαη νη ζρεηηθέο αληηδξάζεηο .

Λόγσ κεγάιεο αληίζηαζεο ζηε ξνή ησλ θαπζαεξίσλ δελ ρξεζηκνπνηνύληαη.

ΙΙ. Καηαιύηεο κε θεξακηθό κνλόιηζν.

Φξεζηκνπνηείηαη πάξα πνιύ από ηνπο πεξηζζόηεξνπο θαηαζθεπαζηέο απηνθηλήησλ.

Ο θεξακηθόο κνλόιηζνο πνπ έρεη εμσηεξηθά θπςεινεηδή κνξθή, είλαη έλα πιηθό επαίζζεην ζε θξαδαζκνύο, δνλήζεηο θαη ζεξκνθξαζηαθέο θαηαπνλήζεηο.

Λ Ε Ι Τ Ο Υ Ρ Γ Ι Α Κ Α Τ Α Λ Υ Τ Η

Πξννξηζκόο ηνπ θαηαιύηε είλαη λα κεηαηξέπεη ηνπο ξππαληέο ζε κε ξππαληέο.

Οη ρεκηθέο αληηδξάζεηο πνπ ιακβάλνπλ ρώξα ζην εζσηεξηθό ηνπ θαηαιύηε είλαη :

Φεκηθέο αληηδξάζεηο νμείδσζεο :

Μνλνμείδην ηνπ άλζξαθα + Ομπγόλν --------------------------- Δηνμείδην ηνπ άλζξαθα .

2CO + O2 --------------------------- 2CO2

Άθαπζηνη + Ομπγόλν -------------------------- Δηνμείδην + Υδξαηκνί

Υδξνγνλάλζξαθεο ηνπ άλζξαθα

HnCm + (n+m/4) O2 -------------------------- ( n ) CO2 + (m/2) H2O

Φεκηθέο αληηδξάζεηο αλαγσγήο :

Μνλνμείδην Μνλνμείδην Δηνμείδην

ηνπ αδώηνπ + ηνπ άλζξαθα ---------------------------- Άδσην + ηνπ άλζξαθα

2ΝΟ + 2CO ----------------------------- N2 + 2CO2

Μνλνμείδην

tνπ αδώηνπ + Υδξνγόλν ----------------------------- Άδσην + Υδξαηκνί

2ΝΟ + 2H2 ---------------------------- N2 + 2H2O

Μνλνμείδην Άθαπζηνη Δηνμείδην

ηνπ αδώηνπ + πδξνγνλάλζξαθεο --------------------------- Άδσην + ηνπ άλζξαθα + Υδξαηκνί

2ΝΟ + CnHm --------------------------- Ν2 + 2CO2 + 2H2O

Για να πραγματοποιηθούν τα παραπάνω πρέπει να πληρούνται κάποιοι παράγοντες , όπως :

Α) Η ζεξκνθξαζία ηνπ θαηαιύηε λα είλαη ειάρηζηε 250 0C.

B) Nα κελ ππάξρεη πνιύ νμπγόλν ζηελ εμάηκηζε.

Ο ιόγνο (ιάκδα) δειαδή ζα πξέπεη λα βξίζθεηαη θάησ από ηελ ζηνηρεηνκεηξηθή αλαινγία θαη ν θηλεηήξαο λα δνπιεύεη ζηελ πεξηνρή ηνπ πινύζηνπ κίγκαηνο.

Γ) Τν κίγκα αεξίσλ , CO, H2 ,θαη ΗC ρξεηάδεηαη λα είλαη ζε επαξθή πνζόηεηα γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε ησλ αληηδξάζεσλ αλαγσγήο.

Δ) Από ηελ επηινγή ηνπ θαηαιύηε θαη ζε ζπλδπαζκό κε ηελ ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο εμαξηάηαη ε δεκηνπξγία δεπηεξνγελώλ ξππαληώλ, όπσο είλαη ε ακκσλία (ΝΗ3).

Όινη νη παξάγνληεο απηνί έρνπλ ζρέζε κε ην ζύζηεκα ηξνθνδνζίαο θαη ηελ θαιή ξύζκηζε ηνπ θηλεηήξα.

Τα ρξεζηκνπνηνύκελα θαηαιπηηθά πιηθά γηα ηελ νμείδσζε είλαη ε πιαηίλα ( Ρt ) θαη ην παιάδην ( Ρd ), ελώ γηα ηελ αλαγσγή είλαη ην ξόδην ( Rh ).