ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование пористой структуры катализаторов из "Гетерогенный катализ физико-химические основы" В уравнения, описывающие химическое превращение реагентов в грануле, входят два параметра — эффективный коэффициент диффузии и внутренняя удельная поверхность катализатора, значения которых определяются строением пористой структуры. Пористая структура катализаторов представляет собой твердый каркас, пронизанный системой сообщающихся друг с другом полостей нерегулярной формы и разнообразного размера. Эти полости называются порами. Объем пор, содержащихся в единичном объеме пористой массы катализатора, определяет пористость е, а поверхность пор образует внутреннюю удельную поверхность катализатора 5. Сложный нерегулярный характер пористой структуры делает нереальным точное описание ее свойств и процессов, происходящих внутри пористой массы катализатора. Поэтому реальная пористая структура заменяется моделью, представляющей твердый каркас или свободное пространство пористой массы в виде совокупности элементов правильной геометрической формы. Многочисленные геометрические модели пористой структуры катализаторов можно разбить на две группы капиллярные и глобулярные. Подробное описание различных моделей пористых материалов читатель может найти у авторов [82]. Ограничимся рассмотрением лишь тех моделей, которые используются для описания диффузии в пористых катализаторах. [c.161] Чтобы учесть влияние изменения сечения поры по длине на скорость диффузии, используют серийную модель. Эта модель представляет поры катализатора в виде совокупности капилляров, каждый из которых сложен из отрезков капилляров различного радиуса. Модель из гофрированных капилляров представляет пору в виде капилляра с чередующимися сужениями и расширениями. В отличие от серийной модели радиус капилляра в этой модели меняется непрерывно. [c.162] Глобулярные модели представляют твердый каркас пористой массы в виде укладки шаров одинакового радиуса R. Пространство между шарами имитирует свободное пространство пористой структуры. Поверхность шаров составляет внутреннюю поверхность катализатора. Взаимосвязь между пористостью и внутренней поверхностью глобулярной модели дается уравнением S == = 3(1—е)// . [c.162] Л ш == 12, е = 0,26, объемноцентрированная кубическая имеет Л ш = 8, е == 0,31, простая кубическая — Л ш = 6, е = 0,48, тетраэдрическая— Л ш = 4, е = 0,б6. Если в тетраэдрической упаковке каждый шар заменить, с сохранением жесткости системы, четырьмя шарами подходящего радиуса, сложенными так же, как в гексагональной плотноупакованноп укладке, то получится укладка с Л ш — 3 и f = 0,88. Очевидно, что общий интервал изменения пористости правильных укладок является достаточным, чтобы использовать их для аппроксимации пористой структуры реальных катализаторов. [c.163] Каждая правильная укладка шаров в пространстве приводит к разбиению пространства на элементарные ячейки — повторяющийся элемент укладки. Элементарная ячейка содержит поры, совокупность которых составляет свободное пространство укладки. Доступ во внутреннюю полость ячейки открывает несколько узких проходов. Узкий проход в полость поры — устье поры можно определить радиусом вписанной окружности. Соответственно, полость поры определяется радиусом вписанного в нее шара. Взяв за основу правильные укладки шаров, можно предположить, что в реальных катализаторах свойства структуры изменяются непрерывно. Взаимосвязь между пористостью и координационным числом можно определить линией, проведенной через точки, соответствующие правильным укладкам. Уравнение этой линии аппроксимируется зависимостью е = 2,62/jVm [24]. Соотношение между радиусом устья пор Ry и координационным числом аппроксимируется уравнением Ry = 3,63/ /Л ш° . Для оценки эффективных коэффициентов диффузии используется также модель хаотично расположенных сфер. [c.163] Вернуться к основной статье