ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разность температур между гранулой и жидкостью из "Массопередача в гетерогенном катализе" Определение разности температур между поверхностью гранулы л жидкостью имеет важное значение нри анализе условий протекания реакций с большими тепловыми эффектами. [c.90] Пример 11.2. Вычисление разности температур между потоком и гранулой в стационарном слое. [c.90] Этот результат для реакций гидрогенизации не является необычным. [c.91] Из (11.23) следует, что разность температур пропорциональна тепловому эффекту реакции диффундирующего компонента и разности его концентраций в потоке и у гранулы. [c.91] Произведение (—АН)сц представляет собой количество тепла, соответствующее полному превращению одного объема реагирующей смеси, а произведение р-Ср есть объемная теплоемкость газа. Входящая в (11.23) группа (— Н)с 1 р-Ср) характеризует увеличение температуры при полном превращении смеси в адиабатических условиях. [c.91] Примером реакций описанного типа является окисление аммиака воздухом на платиновой сетке [231]. Исходная смесь подается в реактор при обычной температуре, а температура сетки достигает 750-900 °С. [c.92] Из уравнения (11.22) следует, что температура поверхности катализатора может превышать адиабатическое повышение температуры реакции. [c.92] Анализируя (11.23), можно установить, что если тепловой эффект реакции велик, то роль скорости переноса тепла мажет быть значительной даже при не очень существенных диффузионных ограничениях. В качестве примера рассмотрим реакцию, для которой адиабатическое увеличение температуры равно 500 °С. Условия в рассматриваемой точке реактора таковы, что разность концентраций между ядром потока и поверхностью катализатора составляет всего 4%, т. е. / = 0,04. Принимая (7л/ я)(Рг/Ргд) 1, найдем разность температур равной 20 °С. Этого достаточно для заметного увеличения наблюдаемой скорости реакции по сравнению со скоростью, которая была бы при нулевой разности температур. [c.92] Как следствие, возникает область нестабильных температурных режимов катализатора. В частности, увеличение температуры реагирующего газа может привести к внезапному скачкообразному повышению температуры катализатора. Наблюдаемая при этом картина аналогична таковой при воспламенении топлива (углерода) в потоке воздуха. [c.92] Теоретический анализ этого эффекта содержится в литературе [110, 299, 351]. Экспериментально он наблюдался при каталитическом разложении паров перекиси водорода [299] и каталитическом взаимодействии водорода с кислородом на платине [99]. Описанное явление представляет собой один из примеров нестабильного протекания реакции, которое возникает в различных случаях диффузионной кинетики. Другие примеры рассмотрены в гл. IV и V. [c.92] Рассмотрим быструю экзотермическую реакцию протекающую в жидкой фазе и сопровождающуюся образованием гаьов или паров. В этом случае могут наблюдаться явления, подобные переходу от пузырькового кипения к пленочному (теплопередача при кипении). Такой режим наблюдался при разложении водных растворов перекиси водорода на металлическом серебре в виде цилиндров или проволок различного диаметра [291]. Было установлено, что температура катализатора превышает температуру жидкости и скорость реакции проходит через максимум нри увеличении концентрации перекиси водорода. При малых концентрациях кислород выделяется в виде пузырьков на всей поверхности катализатора если концентрация перекиси водорода превышает 60 масс. %, то поверхность катализатора покрывается пленкой газа. [c.92] Такой же характер имеют и некоторые жидкофазные реакции. [c.93] В предыдущем изложении принималось, что среднее значение коэффициента массопередачи постоянно для всех участков поверхности. Очевидно, однако, что характеристики потока и соответственно локальные значения коэффициента массопередачи различны для различных точек гранулы. [c.93] При ламинарном режиме каждый элемент жидкости имеет определенную траекторию, которая принципиально может быть рассчитана так же, как и массопередача от ламинарного потока к поверхности гранулы. [c.93] Комплекс в левой части уравнения представляет собой число Нуссельта для диффузионных процессов (Кпд), а безразмерная группа ро)Д/ х есть модифицированное число Рейнольдса. Трехмерный характер движения жидкости обусловливает постоянство кс во всех точках поверхности. [c.93] Вращающийся диск и вращающийся цилиндр большой длины являются примерами немногочисленных систем с равнодоступной поверхностью. Последнее обстоятельство значительно упрощает анализ независимо от того, обладает ли рассматриваемая поверхность каталитическими свойствами. Система с вращающимся диском давно используется в электрохимических исследованиях, но, по-видимому, только в последнее время была применена к изучению обмена между твердым телом и газом [232]. [c.93] Розпер [276] приводит результаты расчетов, показывающих влияние ограничений массопереноса на наблюдаемую скорость реакции для данной системы. [c.94] Более глубокое рассмотрение теоретических основ проблемы и специфические примеры содержатся в книге Франк-Каменецкого [111] в в обзоре Биркумшоу и Риддифорда [30]. [c.94] В ряде работ дается теоретический анализ условий течения в трубчатом реакторе. Этот анализ основан на решении общих уравнений диффузии с использованием поверхностной скорости в качестве граничного условия [86, 153]. Рассмотрено также приложение теории к обработке результатов экспериментального исследования такиж каталитических реакций, как окисление ЗОа [17], КНз [162], разложение НаОз [301]. [c.94] Вернуться к основной статье