Катализаторы модуль Тиле

Анализ был также распространен иа реактор с неподвиж-ным слоем, подверженным дезактивации, при использовании того же режима. Предполагалось равномерное отравление при изотермических условиях в отсутствие осевого перемешивания. Были рассчитаны режимы, обеспечивающие равномерную активность катализатора, которые являются оптимальными для неподвижного слоя. Эти режимы зависят только от стоимости катализатора, модуля Тиле для зерна, безразмерного времени и отношения 6/тр. Хотя этот метод оптимального проведения процесса, вероятно, трудно практически реализовать, интересно наблюдать, что изменение в распределении активного материала может вести к улучшению характеристики процесса. Важным фактором в расчете проведения процесса в реакторе с неподвижным слоем, работающим в условиях дезактивации, является оптимизация времени пробега. Чем ниже значение этого времени, тем больше частота регенерации и больше стоимость проведения операции. В последовательных реакциях типа [c.200]

Так как диффузия в порах частицы катализатора протекает одновременно с химической реакцией, то распределение концентраций в поре зависит от относительной интенсивности диффузии и реакции. Отношение наблюдаемой скорости реакции к скорости реакции, имеющей место тогда, когда диффузия протекает очень быстро, будем называть степенью использования внутренней поверхности г . Согласно Тиле , степень использования т) зависит от параметра г ), получившего название модуля Тиле [c.102]

На рис. 1-77 представлена зависимость отношения общей степени использования катализатора к степени использования микропор от величины Ф, являющейся функцией модуля Тиле г ). [c.105]

На общую степень внутреннего использования поверхности катализатора т] влияют большие совокупности физико-химических явлении (диффузия, теплопроводность, массо- и теплообмен, геометрия зерна). Зависимости общей степени внутреннего использования поверхности т] от последних для упрощения анализа целесообразно представить в виде функции от некоторых безразмерных комплексов от модуля Тиле ф, фактора экзотермичности р, критериев Нуссельта Хи, Шервуда и т. п. [c.28]

Зависимость фактора эффективности от модуля Тиле фд для сферической гранулы катализатора, на которой протекает изотермическая реакция первого порядка, а сопротивление внешней диффузии пренебрежимо мало, имеет вид [c.159]

Уравнение (3.13) имеет важный практический смысл. Анализ этого уравнения показывает, что фактор эффективности пористого катализатора асимптотически приближается к единице при уменьшении радиуса гранулы и константы скорости реакции или при увеличении коэффициента диффузии. Иначе говоря, эффективность использования поверхности катализатора мала для крупных гранул при больших значениях константы скорости и при малых значениях Х>эф. Наивысшая эффективность достигается при использовании гранул минимально возможного размера. Для очень активных катализаторов характерны низкие значения фактора эффективности, тогда как малоактивные катализаторы имеют высокие значения фактора эффективности. Графическая зависимость фактора эффективности от модуля Тиле имеет вид (рис. 3.6). Область I при малых значениях параметра фз соответствует т) 1, т. е. наблюдаемая скорость здесь равна кинетической. Эта область называется кинетической. При малых значениях [c.159]

Анализ кривых зависимостей фактора эффективности от модуля Тиле показывает, что для гранул пористого катализатора область множественных решений соответствует сочетаниям больших значений Р и 7, редко встречающихся на практике. [c.162]

В частности, для реакции первого порядка это условие имеет вид 0 > 2. Очевидно, выведенные условия не зависят от формы зерна катализатора. При 0 г / г решение единственно при любых значениях параметра ц (или модуля Тиле Т = 1/ .1). [c.360]

Для расчета используют найденные путем измельчения зерен катализатора значения . При этом значения выбирают путем изменения коэффициента извилистости при постоянной пористости катализатора с таким расчетом, чтобы экспериментальные значения совпали с теоретической зависимостью от модуля Тиле. Но вычисленные таким путем значения Д также не являются достоверными. [c.69]

По данным /437 величина модуля Тиле (см.уравнение 3.53) при 900°С и атмосферном давлении составляет =30 (промышленный катализатор). С увеличением температуры и давления значение <р возра- [c.75]

Пусть для осуществления химической реакции веществу необходимо продиффундировать в некоторую частицу, которой может быть гранула с иммобилизованным ферментом, клетка растительного или животного происхождения, клеточная органелла, зерно гетерогенного катализатора и т. д. В этом случае э( фективная скорость химической реакции равна произведению истинной скорости на диффузионный фактор т). В свою очередь т] есть функция модуля Тиле (Ф), который определяется соотношением [c.270]

Е. В. Тиле рассмотрел взаимосвязь кинетического и диффузионного процессов в единичной поре-канале на разном расстоянии от ее устья и показал, что степень использования катализатора определяется безразмерным параметром Ч (число или модуль Тиле), характеризующим активность поры катализатора и представляющим квадратный корень из отношения скорости реакции к скорости диффузии [c.682]

Ч кат — объем, занимаемый зернами катализатора Фев — свободный объем, коэффициент заполнения реактора — модуль Тиле [c.7]

X — время, с Ф — модуль Тиле Ф — модуль диффузионных ограничений X — доля отравленной поверхности катализатора [c.16]

Рассмотрение указанных графиков приводит к интересному заключению, относящемуся к сильно экзотермической реакции на катализаторе с низкой теплопроводностью. В этом случае при относительно низкой кажущейся скорости реакции или при низких значениях модуля Тиле коэффициент эффективности может быть значительно выше единицы. По предыдущему же при этих условиях коэффициент эффективности для изотермического режима (р = 0) очень близок к единице. [c.166]

Плавление слоя кристаллов льда при непосредственном контакте с парами воды при низком давлении включает стадию переноса тепла через пленку воды, находящуюся на кристаллах. В отношении подхода к определению коэффициента эффективности эта система аналогична реакции первого порядка на пористом катализаторе. Бриан, Смит и Петри 147] анализировали этот процесс, имеющий важное значение в технике опреснения, исходя из эквивалента модуля Тиле для переноса тепла. Они пришли к важным для практического приложения выводам. [c.200]

Крамер [176] показал, что при очень высоких значениях модуля Тиле селективность реакции на пористом катализаторе должна приближаться к значению, соответствующему реакции на гладкой поверхности или непористом катализаторе. Он предложил критерии, позволяющие установить переход к такому режиму. В практических условиях, однако, этот случай реализуется при очень высокой скорости реакции. Поэтому наиболее вероятно, что при этом селективность будет определяться условиями переноса к внешней поверхности гранулы. Эта стадия и будет лимитирующей. Описанный случай может возникнуть при реакции на ионообменных смолах, для которых характерны очень низкие значения или на одиночных кристаллах цеолитов. [c.212]

Величина в числителе соотношения (IX.61а) равна потоку ключевого компонента через наружную поверхность зерна и определяет скорость превращения ключевого компонента в объеме зерна. Знаменатель определяет скорость реакции в объеме зерна при отсутствии диффузионного торможения. Безразмерный параметр т] называется фактором эффективности и наряду с модулем Тиле является важной характеристикой процесса на пористом катализаторе. [c.173]

Рис. Х.7. Зависимость функции 1 от безразмерной концентрации zl для катализатора 1 (а) и фактора эффективности ог модуля Тиле для катализатора 1 (б) 1 — п= 0,8, Г — 260 С г — = 0,8, Т — 320 °С Л — = 0,7, Г — 320 С 4 — 1/ = = 0,61, Т — 320 С.

Рис. Х.8. Зависимость функции от безразмерной концентрации г (в) и фактора эффективности т) от модуля Тиле (б) для катализатора 2.

При протекании процессов на зерне катализатора возможна реализация множества стационарных состояний [1,2]. Для расчета реакторов необходимо достаточно быстро и надежно определять границы области множественности (точки бифуркации). Существует ряд методов определения границ области множественности, главным образом, они заключаются в задании значений искомой нкции в центре зерна и последовательном переборе этих значений с расчетом соответствующих профилей функции по сечению зерна, а также расчетом значений модуля Тиле и фактора эффективности. [c.104]

Рис. 3.3. Зависимость фактора эффективности г от модуля Тиле Ф для изотермической реакции первого порядка на сферической грануле катализатора

Обычно влияние Ф на фактор эффективности ц графически представляют в логарифмических или полулогарифмических координатах. В качестве примера на рис. 3.3 представлена зависимость 1 Г] от Ф для изотермической реакции первого порядка, протекающей на сферической грануле катализатора. Влияние различий в геометрии гранулы или порядка реакции обычно невелико. В частности, при низких значениях модуля Тиле величина фактора эффективности близка к единице. Это можно ожидать, поскольку низкое значение Ф в соответствии с (3.27) означает небольшой размер гранулы в сочетании с низким значением константы скорости и (или) высоким эффективным коэффициентом диффузии. В этих условиях процесс лимитируется скоростью химической реакции при практическом отсутствии внутридиффузионного сопротивления. С другой стороны, для крупных гранул, больших значений к или низких процесс лимитируется скоростью диффузии, поэтому величина т] быстро снижается при увеличении Ф (см. рис. 3.3). Область, в которой фактор эффективности обратно пропорционален модулю Тиле, часто реализуется в промышленности, при этом обычно используют гранулы высокоактивных катализаторов больших размеров. В этой области для гранул катализатора с унимодальной структурой в изотермических условиях величина наблюдаемой энергии активации стремится к предельному значению, равному [c.51]

Полученное выражение (2.32) применимо для анализа результатов протекания относительно быстрых реакций на поверхности катализатора, например реакций удаления ванадия из металлсодержащих комплексов, для которых характерны значения модуля Тиле, соответствующие нижней линейной части кривой изменения Фэф от Значение определяется на основе допущения о том, что поры заполнены жидкостью, гюэтому для его расчета может бьггь использована формула Стокса-Эйнштейна (1.6). [c.82]

Уравнение (У1П-264) описывает распределение концентраций реагента А в зерне катализатора. Следовательно, такое распределение зависит от модуля Тиле и приведенного радиуса г/ о- Зависимость концентрации Са от т/Нц представлена в нижней части рис. УПМ8. [c.287]

Рис. УПЫ9. Зависимость коэффициента использования внутренней поверхности катализатора Я от модуля Тиле (Ф или

Видно, что для экзотермических реакций (Р > 0) возможны такие сочетания условий, при которых фактор эффективности превышает единицу. Это происходит в тех случаях, когда увеличение скорости реакции, обусловленное повышением температуры в направлении к центру гранулы, превышает уменьшение скорости, вызванное снижением концентрации в том же направлении. Таким образом, обш,ая скорость на зерне катализатора больше, чем при совпадении температуры и концентрации внутри гранулы с их значениями на внешней поверхности. При высоких значениях модуля Тиле фактор эффективности становится обратно пропорциональным (рв, как это наблюдается для изотермического режима. В этом случае химическое преврапцение происходит преимуш,ественно в тонком внешнем слое гранулы. Внутренняя часть гранулы находится в условиях, близких к изотермическим, но температура здесь выше, чем на внешней поверхности. [c.161]

В уравнения (3.15) —(3.17) входят два безразмерных параметра модуль Тиле г( = а]/кр/О и критерий Био В1 = к а/О. Первый пз них равен корню из отношения характерного времени диффузии а /О к характерному времени /ср , что характеризует степень глу-б1П1Ы проникновения реакции в зерно катализатора. Аналогичным путем критерий Био определяет соотпошенпе характеристических времен внешней и внутренней диффузии. [c.56]

При существенном ухудшении условий диффузии внутри зерна, т. е. ири увеличении модуля Тиле, реакция переходит во внешне-1липетическую или внешнедиффузионную область. Внешнекинетиче-С1 ая область, очевидно, может появляться п в случаях практически непористой структуры зерна катализатора, которая имеет место, например, для корундовых носителей, плавленых окисей и некоторых других веществ. Для случая тонкопористых частиц условия существования внешнекинетической области, изложенные выше, могут реализоваться только, когда имеет место неравенство [c.58]

Реакция на. внешней поверхности. При дальнейшем увеличении модуля Тиле процесс переходит во внешнекинетический или внешнедиффузионный режим. Первый из них встречается в процессах на пористых катализаторах Довольно редко. Нетрудно видеть, что два вышеупомянутых условия осуществления внешнекинетического режима (стр. 108) могут быть одновременно удовлетворены только в том случае, если выполнено неравенство D/d DJ8. Последнее возможно либо при настолько быстром обтекании пористой частицы потоком газа, что толщина диффузионного пограничного слоя б будет много меньше характерного размера неоднородности зерна i , Либо в случае, когда пористость частицы незначительна и величина а = D D аномально мала. При D/d > DJ8 процесс переходит непосредственно из внутридиффузионной области во внешнедиффу-аионную, минуя внешнекинетическую для частиц с развитой пористостью этот случай является наиболее типичшш. [c.111]

Заметим, что величина l/Aio совпадает в данном процессе с модулем Тиле, а отношение Д k)/aks с выражением для фактора эффективности изотермической реакции первого порядка на плоской частице катализатора (см. главу III). При определении параметров диффузионной модели в рассматриваемом случае предположим, что и = Ijs, считая тем самым величину и равной фильтрационной скорости потока. Из сравнения формул (VI.57) и (VI.60) можно определить эффективную константу скорости к и эффеч тивньга коэффициент продольной диффузии D . в предельных случаях ktu > 1 и ktj) 1, соответствующих внутридиффузионному и внутрикине-тическому режимам протекания реакции, получаем при kt]3 >1 [c.233]

То, что модели частиц катализатора могут иметь такой характер, было в действительности понято даже раньше, когда вычисление факторов эффективности, проведенное Карберри (1961 г.), Тинклером и Метцнером (1961 г.), а также Вейзом и Хиксом (1962 г.), дало множественные решения для некоторых областей значений модуля Тиле. Робертс и Саттерфильд (1966 г.) установили, что это справедливо также для изотермической каталитической модели [c.132]

При больших значениях модуля Тиле процессы переноса к наружной поверхности гранул катализатора мо1ут снижать эффективность использования внутренней поверхности последних . Поэтому была оценена величина общей степени использования поверхности гранул катализатора для обеих реакций при температурах 260, 280, 300, 320°С (см. табл. I) с использованием уравнения [c.74]

Басмаджан [22], рассмотрев реакцию на катализаторе, имеющем форму цилиндрических колец, приводит оптимальные значения отношения радиусов колец как функцию модуля Тиле. [c.200]

Thiele модуль Тила (коэффициент в уравнении скорости реакции на пористом катализаторе) [c.331]

Функциональная структура правой части уравнения (Х.14) допускает возможность существования множественных решений в изотермическом катализаторе. Результаты расчетов, проведенных по формулам (IX.72) — (IX.74), показывают, что на образце 1 множественные режимы отсутствуют. Интеграл 1 (1, Z ) [см. формулу (IX.74)] является монотонной функцией безразмерной концентрации в центре зерна Zi = У1—Ур)1 Уп—Ур) Ур — равновесная концентрация амина, У1 — концентрация амина в центре зерна. Соответственно фактор эффективности этого катализатора монотонно уменьшается при увеличении модуля Тиле Y (рис. Х.7, б). Напротив, интеграл /2 (1, Zl) для образца 2 при 320 °С становится немонотонной функцией от 2/, что свидетельствует о наличии множественных решений. Фактор эффективности этого катализатора при температуре выше 260 °С на некотором интервале изменения модуля Тиле становится больше 1 (рис. Х.8). Эти факты свидетельствуют о том, что на образце 2 реакция тормозится одним из исходных реагентов. Результаты численных расчетов показывают, что оптимальной структурой катализатора является бидисперсная. Минимальное время контакта, необходимое для достижения 98% конверсии по кислоте при Tq = 280 °С, соответствует относительной пористости узких нор и = 0,65 для образца 1 и 0,80 для образца 2 (рис. Х.9) при прочих равных параметрах пористой структуры катализатора. При переходе от монодисперсной структуры к бидиснерсной максимальное уменьшение времени контакта составляет 60—70% для образца 1, и 15—30% для образца 2. [c.195]

Отклонения от простейшей зависимости, представленной на рис. 3.3, появляются тогда, когда существенной становится не-гизотер мичность гранулы, а также в случаях, когда влияет внешний массо- или теплоперенос. В ряде работ [3.20, 3.21] показано, что при этом для экзотермической реакции фактор эффективности может быть больше, чем единица. Это является следствием ТОГО, что увеличение температуры относительно газовой фазы внутри частицы катализатора компенсирует, а в конечном счете и перекрывает влияние снижения концентрации реагента из-за внутридиффузионного сопротивления. Кроме того, было показано, что при некоторых значениях модуля Тиле можно по-.лучить несколько значений фактора эффективности. Такая множественность стационарных состояний играет важную роль при анализе устойчивости реактора. [c.52]

Если рассмотренное выше влияние параметров процесса представить в виде зависимости фактора эффективности от модуля Тиле, то можно выделить четыре основные области (рис. 3.4). Это кинетическая область, область, где химические превращения лимитируются внутренней диффузией, область множественности стационарных состояний и, наконец, область внешней диффузии. В кинетической области модуль Тиле мал, наблюдаемая скорость цревращений определяется скоростью хи--мической реакции, и фактор эффективности приблизительно равен единице. По мере увеличения модуля Тиле внутренняя диффузия становится лимитирующей стадией и фактор эффективности становится меньше единицы . В этой области реакция ограничивается наружной частью практически изотермической гранулы. Основная доля общего перепада температуры сосредоточена в пограничном слое вблизи частицы катализатора. Дальнейшее увеличение модуля Тиле переводит процесс в область О, где определяющим является массоперенос через пограничный слой. Большое сопротивление межфазному переносу затрудняет достаточно быстрый отвод тепла от поверхности катализатора. В этой области реакция протекает практически только на на- [c.52]

Пусть дезактивирующие частицы распределены равномерно по длине поры, а доля дезактивированной поверхности поры равна q. Можно сделать простейшее предположение, что наблюдаемая активность будет уменьшаться от k до k —q), т.е. она линейно зависит от доли недезактивированной поверхности. Однако в том случае, когда в поре имеет место диффузионное торможение, активность уже не определяется величиной (1—q), а должна зависеть также от модуля Тиле Ф, Из определения фактора эффективности, задаваемого выражением (3.24), и выражения для т] для единичной поры [уравнение (3.28)] следует, что общая наблюдаемая скорость реакции в единичной поре катализатора пропорциональна величине ФШФ. Модуль Тиле для. дезактивирующегося катализатора может быть получен заменой k на k q), т. е. [c.55]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология