ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние процессов переноса к внешней поверхности зерен на скорость реакции из "Катализ в производстве серной кислоты" На скорость контактных реакций могут оказывать влияние процессы переноса к внешней поверхности зерен катализатора (см. стр. 67). Это влияние сказывается тем сильнее, чем больше величина скорости реакции, отнесенная к единице внешней поверхности зерна . [c.223] С—степень использования внутренней поверхности катализатора. [c.223] Последующие расчеты проведены для средней фиктивной скорости газа в слое катализатора, равной 1,5 м сек, что отвечает / е=150 (7 е =0,03). Для газа указанного состава Р/-д = 1,86 (Рг- /з =1/1 23=0,81) и 0=4,3 10-ь ж се/с=0,155 м Ыас. [c.223] Если пренебречь небольшими различиями в значениях коэффициентов диффузии двуокиси и трехокиси серы и изменением объема в результате реакции, то сумма га[циальных давлении двуокиси и трехокиси серы будет равна парциальному давлению двуокиси серы в исходной газовой смеси, т. е. [c.225] Количества двуокиси серы, реагирующей на поверхности зерна в 1 см (О), разности относительных степеней превращения Ау и значения относительного уменьшения скорости реакции для различных степеней превращения и температур приведены в в табл. 26. [c.225] В производственных условиях высокие температуры достигаются лишь при степени превращения выше 0,5. Поэтому возможное уменьшение скорости реакции под -влиянием процесса переноса к внешней поверхности не превышает 15%, а в среднем составляет 2—3%. При расчете потребного количества катализатора влияние внешней диффузии можно не учитывать. [c.226] Экспериментальное исследование влияния внешней диффузии на скорость окисления двуокиси серы на платиновом катализаторе,, представляющем собой цилиндрики диаметром 3 мм и высотой 3 мм, показало , что при высоких температурах, малых скоростях и малых степенях превращения падение парциального давления двуокиси серы у поверхности зерен катализатора по сравненик с газовым потоком достигает 25%. При низких температурах и высоких скоростях газа изменение парциального давления двуокиси серы ничтожно мало и может не учитываться. [c.226] Вычисленные значения At приведены в табл. 26. [c.226] Иначе обстоит дело с величиной перегрева поверхности. Как видно из уравнения (VI, 18), перегрев поверхности пропорционален величине теоретического разогрева Л, увеличивающегося с повышением начальной концентрации двуокиси серы, и следовательно, при постоянном Ах перегрев поверхности А/должен возрастать с ростом концентрации двуокиси серы. В соответствии с этим в случае высококонцентрированных газовых смесей можно ожидать значительных перегревов поверхности. [c.227] Недостаточная скорость переноса реагирующих веществ к поверхности зерен катализатора приводит, с одной стороны, к увеличению степени превращения у поверхности, уменьшающему скорость реакции, а с другой стороны, к повышению температуры поверхности по сравнению с температурой газового потока, увеличивающему скорость реакции. [c.227] В случае высоких концентраций реагирующих веществ увеличение скорости реакции, благодаря повышению температуры поверхности катализатора, может превысить уменьшение скорости, связанное с увеличением степени превращения у поверхности. В результате, в достаточно концентрированных газовых смесях обнаруживается парадоксальное явление—рост скорости реакции при уменьшении скорости переноса реагирующих веществ из газового потока к поверхности катализатора. [c.227] Скорость реакции вычислена по уравнению (VI, 14). Значения всех величин, входящих в уравнение, вычислялись в соответствии с условиями на поверхности катализатора. Изменение температуры поверхности катализатора по сравнению с температурой газового потока определялось с помощью уравнения (VI, 18). [c.228] Кривые рис. 43 выражают суммарное изменение скорости реакции, вызванное повышением степени превращения у поверхности и повышением температуры поверхности, оказывающими противоположное влияние на скорость реакции, при постоянных значениях этих параметров в газовом потоке. [c.228] Наклон ЭТОЙ прямой зависит, следовательно, от турбулентности газового потока, проходящего через слой катализатора, и исходной концентрации двуокиси серы. [c.228] Точки пересечения прямой переноса с кривыми скорости реакции отвечают стационарным состояниям. [c.228] Форма кривых на рис. 43 позволяет заключить, что для газовой смеси, содержащей 7% двуокиси серы, наложение внешнедиффузионного переноса всегда приводит к снижению скорости реакции и условия на поверхности однозначно опре/теляются температурой и степенью превращения в газовом потоке. [c.228] В случае газовой смеси, содержащей 35% двуокиси серы, увеличение скорости реакции в результате повышения температуры поверхности катализатора по сравнению с газом очень велико. Одним и тем же значениям температуры и степени превращения в газовом потоке в этом случае могут отвечать два устойчивых режима на поверхности—низкотемпературный, отличающийся малой скоростью реакции и малым различием в температурах и концентрациях у поверхности и в газовом потоке, и высокотемпературный, отличающийся большой скоростью реакции и значительным различием в температурах и степенях превращения у поверхности и в газовом потоке (точки Л и С на рис. 43). Промежуточные режимы на поверхности в этом случае не реализуемы. Точкз пересечения В прямой переноса с восходящей ветвью кривой 2 отвечает неустойчивому режиму. Возможность двух устойчивых режимов на поверхности приводит к различию температур зажигания и затухания. [c.229] Надо отметить, однако, что при окислении двуокиси серы на ванадиевых катализаторах эти особенности, возмол ность которых для быстро протекающих реакций была в общем виде установлена Д. А. Франк-Каменецким , проявляются лишь для концентрированных по двуокиси серы смесей, и то в ограниченном интервале степеней превращения. [c.229] Два устойчивых режима возможны, когда возрастание скорости реакции у поверхности больше увеличения скорости массопередачи реагирующих веществ к поверхности. [c.229] Вернуться к основной статье