ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Программы для расчета конверторов на вычислительных машинах (У. Спендлей) из "Справочное руководство по катализаторам для производства аммиака и водорода" Поэтому АЕи, = 26,5 + 13,9 = 40,4 ккал/моль, что близко к обычно приводимому в литературе значению 38 ккал/моль. [c.169] Обсуждаемые кинетические выражения были выведены для условий, при которых скорость реакции не лимитируется диффузией. Измерения скорости, проведенные на катализаторе с различными размерами гранул, показали, что диффузия оказывает заметное влияние, особенно при высоких температурах. Это иллюстрируется данными табл. 26, где сравниваются скорости реакции для различных размеров катализатора. Измерения были сделаны в дифференциальном реакторе при 500° С и 100 ат с использованием исходной газовой смеси Из N2 = 3 1, содержащей 4% МНз. [c.169] Очевидно, что катализатор с используемым в промышленности размером гранул подвержен влиянию этих двух факторов и его размеры зависят от состава газа, температуры, давления, а также от композиции и структуры катализатора. На катализаторе 35-4 были проведены исследования с применением оборудования, описанного в гл. 3. В результате было модифицировано кинетическое уравнение (3) с учетом влияния диффузии и размера гранулы, которое имеется в промышленных конверторах. Скорости реакции, приведенные в таблице, даны для свежего катализатора 35-4 и не пригодны для использования в расчетах по моделированию конвертора для этой цели необходимо знать соответствующие скорости для уже работавшего катализатора. Удельная активность уменьшается во время работы в результате действия ядов и спекания. Степень этого снижения очень сильно зависит от условий работы и чистоты синтез-газа, поэтому при расчете проектной активности необходимо иметь соответствующие сведения. [c.170] Существует два различных подхода к испытанию катализаторов совершенствование кинетических уравнений требует точной информации, которую трудно получать, тогда как разработка новых катализаторов требует быстрой, хотя и не особенно точной методики испытаний. Для определения активности применяются различные типы испытательной аппаратуры, которые удовлетворяют этим требованиям. [c.170] Условия испытания 200 ат 450- С концентрация аммиака на входе 0% размер гранул 0,6 —1,2 мм. I — катализатор 35-4 2—4 — катализаторы других фирм. [c.171] Такие реакторы относительно просты в работе и поэтому хорошо подходят и для обычных испытаний катализаторов, и для сравнительного определения удельной активности катализаторов. На рис. 42 показаны типичные результаты, полученные на изотермиче-ском интегральном реакторе для ряда катализаторов. Объемные скорости, при которых достигается заданная концентрация-аммиака, являются критериями оценки каталитических активностей. Из сравнения этих кривых, полученных в стандартных условиях, видно, что катализатор 35-4 имеет хорошую удельную активность. Для абсолютных активностей, рассчитанных по этим кривым, не может быть получена очень большая точность по причинам, упомянутым ране% но они служат хорошим критерием для качественной оценки. [c.171] Рециркуляционный реактор позволяет определять дифференциальную скорость в диапазоне этих условий на катализаторе с гранулами различных размеров и, следовательно, позволяет оценить каталитическую эффективность. Этот реактор широко используется фирмой Ай-Си-Ай для оценки собственных катализаторов и, как отмечалось ранее, для разработки кинетических уравнений с целью проектирования реакторов. [c.172] Катализатор синтеза аммиака имеет среди прочих катализаторов самую длительную историю промышленного использования и разработок. Он проложил дорогу каталитическим процессам при высоком давлении и тем самым положил начало созданию значительной части современной химической индустрии — от синтеза метанола до нефтепереработки. Эмпирические и фундаментальные исследования этого катализатора впервые раскрыли многие аспекты катализа, например функции промоторов и активаторов, которые сегодня общеизвестны. [c.172] Прочтя этот краткий обзор о катализаторе синтеза аммиака, можно подумать, что совершенствование катализатора достигло предела, некоторого равновесия экономических и научных факторов. Однако эти факторы не постоянны. Новое сырье (нефть, а не уголь) позволяет получать более дешевый синтез-газ. Увеличение размеров установок синтеза и усовершенствование газовых компрессоров могут влиять на давление процесса Д нтеза. Новые условия работы требуют применения новых катализаторов. Кроме того, теперь ясно, что возможности современных катализаторов в отношении активности, пробега и отравляемости ограничены. Очевидные преимущества дало бы даже небольшое снижение температур и давлений. [c.172] Следовательно, существует, особенно в отраслевых лабораториях, постоянный побудительный мотив для дальнейшего изучения и улучшения качеств катализатора. [c.172] Пх можно назвать проблемами проектирования, определения производительности и моделирования процесса. [c.173] Проблема проектирования предполагает наличие определенных задач (например, уменьшение концентрации СО в заданном газовом потоке от 7,5 до 0,3%) при условии, что известны свойства (главным образом, активность) используемых катализаторов (одного или нескольких). Тогда необходимо рассчитать объемы и конфигурацию соответствующих слоев катализатора. Обычно из экономических соображений стремятся сделать их объемы как можно меньше. [c.173] При определении режима процесса тип реактора полностью известен, и задача состоит в предсказании его производительности в рабочих условиях. Когда параметры процесса можно изменять, результатом расчетов должна являться рекомендация оптимального рабочего режима. [c.173] В проблеме моделирования заданы как характеристика реактора, так и его поведение в данных условиях, а задача расчета состоит в определении соответствующей активности катализатора. Здесь нет поиска наилучшего решения, так как все условия фиксированы. На самом деле задача может быть даже переопределена, т. е. может иметься больше данных, чем необходимо для однозначного определения решения. В этом случае приходится прибегать к своеобразной обратной задаче оптимизации с использованием метода наименьших квадратов, чтобы сгладить более или менее противоречивые данные. [c.173] Проблемы не являются полностью разделенными. Для решения каждой из них требуется знание кинетики и термодинамики происходящих реакций и умение рассчитать поведение данной массы или объема катализатора при заданных рабочих условиях. Именно на этом этапе преимущества цифровых вычислительных машин (ЦВМ) становятся очевидными. Кинетика каталитических реакций редко может быть представлена настолько простым уравнением скорости, чтобы его можно было проинтегрировать аналитически, а кроме того, обычно добавляются трудности, вызванные тепловыми эффектами реакций или применяемым способом отвода тепла. Итак, расчет работы слоя катализатора требует, как правило, численного интегрирования системы дифференциальных уравнений — утомительная задача для, исследователя и легко выполнимая с помощью ЦВМ. По этой-то причине программы расчета реакторов были среди первых программ, составленных в середине 50-х годов, когда быстродействующие ЦВМ стали коммерчески доступными и начали все более широко применяться. [c.174] Вернуться к основной статье