ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Математическое описание реактора с неподвижным слоем катализатора из "Методы оптимизации химических реакторов" Зерна катализатора, как правило, пронизаны сложной системой весьма топких пор, на внутренней поверхности которых и протекают химические реакции. Внутренняя поверхность катализатора значительно превышает наружную поверхность, обычный ее порядок 10 —10 мУг. Радиус пор обычных катализаторов 10 —10 см, пористость 20—60%. Движение компонентов в катализаториых порах (подвод реагентов и отвод продуктов реакции) осуществляется в основном в результате молекулярной диффузии, нормальной или кнудсеновской. [c.39] Ниже рассматриваются только скорости, рассчитанные па единицу объема, поэтому индекс у онущен. [c.39] В дальнейшем будем опускать индекс э , имея в виду, что коэффициенты диффузии являются эффективными. [c.40] Теплопроводность катализатора X обычно настолько велика, что изменение температуры в катализаторе не очень значительно. Это позволяет принять температуру в зерне катализатора постоянной (Г == Гд) и не рассматривать уравнение теплового баланса (11,21). [c.41] Область условий, при которых можно не учитывать диффузионные факторы, называется кинетической областью, или областью истинной кинетики. [c.41] Методы решения уравнений (11,20), (11,21) здесь не приводятся. В дальнейшем предполагается, что зависимость средней скорости от температуры и состава потока (11,25) известна. [c.41] Применение квазигомогенной модели обосновано при условии, что участки слоя катализатора, в пределах которых изменения температуры и концентрации малы по сравнению с их средним значением, содержат достаточно большое число зерен. При этом сами участки могут быть значительно меньше размеров всего слоя. [c.42] Показано что в промышленных реакторах с неподвижным слоем катализатора, где длина слоя много больше диаметра зерна катализатора, осевой перенос вещества и тепла в результате эффективной диффузии и теплопроводности в отличие от конвективного переноса очень мал и, как правило, может не учитываться. [c.42] Радиальный перенос тепла и вещества в адиабатических реакторах отсутствует, однако при наличии теплоотвода он происходит. Рассмотрим материальный баланс элементарного объема зернистого слоя по -му компоненту. [c.42] Здесь учтена осесимметричность цилиндрического слоя и опущены члены, содержащие производную по I, поскольку, как сказано выше, осевой перенос можно не учитывать. [c.43] Уравнения материального и теплового баланса квазигомоген-ного реактора идеального вытеснения совпадают с соответствующими уравнениями гомогенного реактора идеального вытеснения, т. е. с уравнениями (11,12), (11,15). [c.44] Таким образом, уравнения, составляющие математическое описание гомогенного реактора и каталитического реактора с неподвижным слоем катализатора, при указанных допущениях совпадают, но ряд величин, входящих в эти уравнения, отличается по своему содержанию и численным значениям. [c.44] Во многих случаях каталитические процессы сопровождаются выделением веществ (обычно высокомолекулярных углеродистых соединений), которые, осаждаясь на зернах катализатора, уменьшают его активность. К таким процессам относятся дегидрирование бутилена в дивинил, гидратация ацетилена, получение анилина из нитробензола и др. Поскольку активность катализатора со временем меняется, то процесс является нестационарным. Существенно, что скорость изменения активности зависит от условий проведения процесса. [c.44] Уравнения (11,35) и (11,36) можно упростить. Обозначим величины, относящиеся к компонентам в газовой фазе, одной верхней чертой, а величины, соответствующие осаждающимся веществам, — двумя чертами. Как правило, в таких процессах осаждение веществ на катализаторе происходит очень медленно, поэтому концентрации веществ в газовой фазе изменяются также весьма медленно. [c.45] Вследствие этого в уравнении (11,35) для компонента в газовой фазе можно пренебречь членом гдс. дх но сравнению с дgJдt, а в уравнении (11,36) — членом [(С,, 4- С 1дТ 1дх но сравнению с дТ д1. Вместе с тем, в уравнении (11,35) для осаждающегося вещества пропадает член поскольку предполагается, что осадившиеся вещества с катализатора не уносятся. [c.45] Следует отметить, что скорости реакций, ведущих к образованию осаждающихся веществ, зависят от состава и температуры газовой фазы. Именно поэтому уравнения (11,37)—(11,39) должны решаться совместно. [c.46] Нестационарный режим реактора с неподвижным слоем катализатора, при котором состав и температура изменяются во времени настолько медленно, что справедливы уравнения (11,37)—(11,39), называется квазистатическим Действительно, уравнения (11,37) и (П,38) аналогичны соответствующим уравнениям материального и теплового балансов (Н,12) и (11,15) каталитического квазпгомо-генного реактора идеального вытеснения, работающего стационарно. [c.46] Вернуться к основной статье