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Catálise, propriedade dos catalisadores – Parte 2

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Depois que, introduzimos o conceito de catálise, nessa segunda parte, iremos dar ênfase nos catalisadores. Portanto, vamos abordar as propriedades dos catalisadores e como eles podem ser inutilizados em um processo químico. Vamos lá?

Propriedade 1 : Atividade de um catalisador

Essa propriedade avalia quanto de reagente foi transformado por tempo e massa ou área de catalisador. Normalmente, podemos calcular essa atividade através do reagente transformado por centro ativo.

Sendo assim, expressamos essa atividade através do número de mols reagidos por sítio e tempo, em uma determinada temperatura, pressão, composição e conversão. Esse cálculo é definido como número de Turnover.

Essa temperatura é aquela na qual obtemos a mesma velocidade reacional. Ou seja, temperatura isocinética. Analisando apenas a temperatura, qual catalisador apresenta maior atividade? O que possui menor temperatura atinge a velocidade desejada.

Já a conversão é definida como a quantidade de reagente convertido pela quantidade de reagente total alimentado no reator.

Propriedade 2: Seletividade de um catalisador

A seletividade de um catalisador diz respeito ao favorecimento de uma determinada reação diante de um leque de possibilidades. Sendo assim, calculamos a seletividade através da razão entre a quantidade de reagente que foi convertido em uma determinada espécie e todo reagente convertido.

 Reforma a vapor do metano em catalisadores à base de níquel produzidos com nióbia

Reforma a vapor do metano em catalisadores à base de níquel produzidos com nióbia

Contudo, além de não podermos confundir os conceitos de conversão e seletividade, não podemos associar uma maior atividade com uma maior seletividade.

Propriedade 3: Estabilidade de um catalisador.

Ao se trabalhar com catalisadores, temos sempre que buscar que o mesmo possui estabilidade química, térmica, textural e estrutural.

Propriedade 4: Regenerabilidade de um catalisador

A produção de um catalisador agrega custo ao processo, sendo assim, não podemos sempre que um catalisador perde a seletividade e a atividade, utilizar um catalisador novo. Logo, faz-se necessário que o material passe por uma espécie de tratamento para recuperar suas propriedades.

Analogamente, temos esse tratamento quando há perda de cristalinidade e porosidade. Todavia, nem sempre conseguimos regenerá-los 100%.

Propriedade 5: Propriedades térmicas e mecânicas de um catalisador.

Essa propriedade diz respeito tanto a capacidade calorífica e condutividade térmica, bem como a resistência ao esmagamento e ao atrito quando trabalhamos com leito fluidizado.

Propriedade 6: Custo

Sempre que possível devemos buscar catalisadores de baixo custo, seja na sua matéria prima como na sua produção.

Tipos de desativação

1.  Envenenamento

Esse tipo de problema é oriundo da adsorção forte e irreversível de uma determinada substância pelo catalisador onde dissocia-se por toda sua superfície. Como resultado, boa parte da superfície catalítica do metal é coberta, o que impede que este desempenhe sua função.

Por exemplo, em processos que envolvem o enxofre, tais como hidrogenação, reforma a vapor, dentre outros. Contudo, essa problemática pode ser reduzida através da aditivos como Molibdênio e Boro, que adsorvem seletivamente o enxofre.

2. Fouling

Essa desativação ocorre devido ao bloqueio sofrido pelos reagentes de entrarem em contato com a superfície catalítica do catalisador.

Desativação de catalisadores

Desativação de catalisadores

Em escala industrial o reator tem seus espaços vazios bloqueados gerando uma perda de carga.

E, como ocorre o fouling?

Podemos ter essa ocorrência por dois processos de acordo com a origem do material: Coqueificação – oriunda da decomposição ou condensação de hidrocarbonetos;  e Deposição de carbono – oriunda do desproporcionamento de CO. 

3. Redução da área específica

A perda de área catalítica no catalisador pela indução térmica é chamada de sinterização. Neste processo temos o crescimento do cristal da fase catalítica.

Além disso, podemos citar o colapso do suporte catalítico.

4. Perda de espécies ativa

A perda da referida espécie se dá em atmosferas contendo NO, O2, CO, H2S e halogênios. Isso se dá pela formação de compostos como carbonilas, óxidos e sulfetos.

Analogamente, temos a volatização direta de metais catalíticos como por exemplo em processos em que as temperaturas chegam a ser superiores a 1000 ºC.  Todavia, esse processo de perda não é um fator comum.

Em suma, continuem acompanhando o blog da engenharia no site e nas redes sociais para não perderem nenhum conteúdo.

Vejo vocês no próximo episódio da série tudo sobre catálise.

Até breve!

Paulo Bonjour
Estudante de Engenharia Química na Universidade do Rio de Janeiro (UERJ), onde realiza as seguintes atividades de Iniciação Científica: Otimização de Processos Químicos e Análise das Tecnologias de Produção de Butadieno. Cursou Bacharel em Física até o 4º Período. Durante esse tempo participou de atividades de Iniciação Científica na área de Energia Solar. Possui cursos de Inglês e Francês. Atualmente trabalha com Conformidade de Registro de Gestão no Exército, responsável pela certificação dos registros dos atos e fatos de execução orçamentária, financeira e patrimonial incluídos no Sistema integrado de Administração Financeira do Governo Federal - SIAFI e da existência de documentos hábeis que comprovem as operações.

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