ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Использование методов планирования исследований и расчета химических процессов в зерне при создании технических катализатоМоделирование процессов окислительной регенерации катализаторов для переработки углеводородного сырья из "Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии" Ниже приведен такой метод расчета, основанный на рассмотрении зерна как последовательности элементарных слоев. Каждый слой содержит поры различных радиусов- Химический процесс может протекать как на поверхности пор, так и во вкраплениях — точечных поглотителях. Этот метод позволяет выполнить численное исследование понятно, что для однородно-пористого зерна расчеты по нему и по аналитическим соотношениям Зельдовича и Тиле совпадут. Применение метода будет проиллюстрировано для реакций крекинга. [c.285] Примем, что поток в наполнитель на выходе /-го слоя д/ пропорционален концентрации, т. е. = г/н/С/- Величина Ун/ характеризует количество наполнителя в элементе /. Так как наполнитель распределен равномерно, то Ун/ = г/н7 1 где — постоянная (константа скорости, отнесенная к единице массы цеолита). [c.287] Следовательно, рассчитывая элементы матрицы А я задавая концентрацию реагента у поверхности, можем определить 9 и С. в любой точке внутри зерна. [c.287] ДЛЯ потока в поре длиной I получим систему линейных уравнений, подобную (VIII.20). [c.288] Изложенная модель использована для анализа процессов нефтепереработки различного сырья в платиновых и цеолитсодержащих катализаторах [14]. Результаты расчета и эксперимента для катализаторов крекинга сопоставлены в табл- У1П-1. Из таблицы видно, что для различных размеров зерен катализатора, при различном содержании цеолита и для различного сырья результаты расчета и эксперимента согласуются удовлетворительно, что обосновывает использование предложенной модели для определения оптимальной пористой структуры. [c.289] Описанный, таким образо.м, метод позволяет достаточно просто определять оптимальные размеры зерна, количество в нем активного компонента, поверхность пор, соотношение и размеры радиусов широких и узких пор- Интересно, что некоторые из изложенных выше расчетных реколюндаций подтверждены в поисковых экспериментальных исследованиях [15, 17]. Можно также отметить, что он удобен для определения размера эффективно работающего слоя, в который и следует вводить высокоактивный дорогостоящий катализатор. [c.290] Решая эту систему численными методами, описанными в главе V, можем определить эффективную структуру зерна. Подчеркнем, что решение удобно осуществлять от центра зерна к поверхности. В этом случае решение краевой задачи упрощается, так как используется условие на производную d (0)/ г = dT (0)/йг = 0. Это проще, чем использовать условие на функцию [например, С (К) = Со, Т (К) = Гц1 и уточнить условие на производную. Упрощенный (но достаточно точный) метод расчета неизотер ш-ческой регенерации зерен закоксованного катализатора рассмотрен в главе IX. [c.292] Гетерогенный твердый катализатор, предназначенный для технического использования, должен обладать не только высокими активностью и селективностью, но и быть стабильным, регенерируемым, механически прочным. Приготовление такого катализатора включает стадии выбора 1) исходных компонентов и их количеств, 2) условий приготовления катализатора, 3) условий проведения основного процесса, 4) условий регенерации. [c.292] Сочетая поисковые методы и методы оптимизации, описанные в главах I и VI, с методами расчета процессов в пористом зерне, можно сделать приготовление катализатора более эффективным. В табл. У1И-3 перечислен ряд методов, которыми можно пользоваться при приготовлении катализатора. [c.292] При выборе исходных компонентов можно пользоваться методом распознавания, облегчающим анализ литературных данных. После выбора компонентов возникает задача исключения части из них и определение оптимального соотношения остальных. Для решения этой задачи эффективно применение симплекс-решет-чатых планов. Симплекс-решетчатый план позволяет дать оценку каталитической смеси п компонентов, реализовав (1/2)(п—1)х X (п—2) композиций, но его применение следует рассматривать лишь как первый этап определения оптимального состава, поскольку сравнение производится при фиксированных (и не обязательно оптимальных) условиях приготовления и испытания. Уже на этой стадии целесообразно использование данных ранее выполненных кинетических исследований для придания катализатору эффективной пористой структуры и механической прочности. Сегодня известны и хорошо отработаны в лабораториях методы, позволяющие создавать катализаторы заданной структуры и пористости, регулируя режимы смешения, синерезиса, формования, сушки, активации. Предполагаемая величина константы скорости необходима для расчета структуры катализатора, исключающей диффузионные затруднения. [c.292] Окончательное уточнение оптимального состава и условий процесса целесообразно осуществлять, применяя ортогональные планы первого или второго порядка дробные реплики, ортогональные, ротатабельные планы. Эти планы позволяют сочетать изучение разнородных факторов, но слишком трудоемки для применения на первых этапах исследования. Исследования по этим планам нужно сочетать с кинетическими для изучения закономерностей деактивации и регенерации с целью расчетного определения оптимальных траекторий этих нестационарных процессов прямыми вариационными методами. [c.293] Такой подход использован, в частности, в работах по приготовлению активных каталитических систем для селективного гидрирования [18]. [c.293] Регенерация алюмосиликатных и других катализаторов нефтяной и нефтехимической промышленности путем окисления коксовых отложений является обязательной стадией каталитического процесса. Во многих случаях именно мощности регенерационных блоков определяют мощность установки в целом. Кроме того, от проведения процесса регенерации зависит уровень активности и стабильности регенерированного катализатора. Понятно поэтому, что оптимальное ведение процесса регенерации имеет большое значение для многих процессов нефтепереработки. [c.295] Оптимизация процесса регенерации реального аппарата невозможна без определения условий проведения процесса на единичном зерне для оценки возможных местных перегревов, приводящих к снижению механической прочности и каталитической активности катализатора. Поэтому изучение процесса регенерации целесообразно провести последовательно на единичном зерне, в неподвижном слое, в реальном аппарате. Такой подход не нов процесс на единичном зерне и в неподвижном слое исследовался в СССР Г. М. Панченковым и Н. В. Головановым [1], Д. П. До-бычиным и Ц. М. Клибановой [2]. Особенностью излагаемого ниже подхода является одновременное решение элементарных уравнений материального и теплового баланса с учетом методов, изложенных в главах II, IV и VIII. Такой подход позволяет получить строгое и достаточно точное описание неизотермического процесса, некоторые новые результаты (например, определить температуру разогрева зерна, температуру горячей точки слоя, моделировать различные реакционные системы и т. п.) и, главное, обоснованно подойти к созданий математического описания промышленного регенератора. [c.295] Вернуться к основной статье