Катализаторы коэффициент эффективной диффузии

Эффективная внешняя диффузия реагирующих веществ из ядра потока к поверхности зерен катализатора. При этом коэффициент эффективной диффузии Оэ слагается из коэффициентов нормальной (молекулярной) диффузии О и турбулентной (конвективной) диффузии От 18]. Последний называют также коэффициентом перемешивания, так как От действительно выражает конвективный перенос вещества, вызванный турбулентным движением потока в слое катализатора. В производственных аппаратах обычно преобладает турбулентная диффузия. [c.28]

Рассматривая эти результаты совместно с данными раздела о молекулярной диффузии в промышленных катализаторах, можно заключить, что коэффициент эффективной диффузии для промышленных катализаторов и носителей может быть предсказан исходя [c.74]

В книге Р. Хьюза наиболее широко по сравнению с другими работами отражены основные типы процессов дезактивации катализаторов приведен анализ механизмов дезактивации рассмотрены факторы, определяюш.ие активность катализатора для различных классов механизмов дезактивации. В книге подробно анализируется механизм дезактивации, вызванной спеканием катализатора этот механизм очень мало отражён в существующей литературе. Процессы отравления катализатора ядами и коксообразование рассмотрены в книге достаточно подробно, а процессы изменения сечения поры вследствие образования кокса, уменьшения коэффициента эффективной диффузии реагентов в закоксованной поре практически не отражены. [c.7]

При построении моделей процессов с переменной активностью катализатора в ряде исследований рассмотрены механизмы, учитывающие неоднородно сть активной поверхности катализатора. В моделях учитывается как блокировка поверхности, так и изменение радиусов пор вследствие коксообразования и соответствующее уменьшение коэффициентов эффективной диффузии в порах. Учитывается также бимодальное распределение пор по радиусам (бидисперсная -структура катализаторов). [c.8]

Теоретическая оценка влияния диффузии в таблетках или гранулах катализатора затруднена из-за сложности и недостаточного знания пористой структуры. Внутренняя пористая структура состоит из пор переменного поперечного сечения, которые образуют очень извилистый путь через катализатор и во многих местах взаимно пересекаются. Поэтому величина коэффициента диффузии, рассчитанная для прямой цилиндрической поры, должна быть скорректирована с помощью множителя, учитывающего геометрию поры. Предложен ряд моделей для расчета коэффициента эффективной диффузии в пористой таблетке катализатора. Наилучшей из этих моделей является та, [c.45]

Моделирование процесса и соответствующего ему реактора, как правило, начинается с изучения физической сущности явления, установления переменных величин, влияющих на изучаемое явление, для чего составляют так называемую общую функциональную зависимость. Например, скорость технологического процесса зависит от целого ряда факторов концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции Сц, коэффициентов эффективной диффузии реагентов и Од, температуры Г давления Р скорости потоков реагентов и их плотности ри и рп вязкости Цд и рц поверхностного натяжения или адгезии а коэффициентов теплопроводности К активности применяемых катализаторов Л геометрических характеристик аппарата Г (например, высота Н, диаметр О или какой-либо линейный размер /) и др. Поэтому общая функциональная зависимость скорости процесса от перечисленных параметров записывается в виде [c.94]

Уравнение (17) имеет важный практический смысл оно показывает, что коэффициент эффективности пористого катализатора асимптотически приближается к единице при уменьшении радиуса гранулы и константы скорости реакции k , или при увеличении коэффициента диффузии. При увеличении ф tli Ф5 1 (th ф5 = = 0,99 при ф5 = 2,65) поэтому ti % З/ф (или 1/ф ) при ф > 2,6. Иначе говоря, эффективность использования внутренней поверхности катализатора мала для крупных гранул при больших значениях константы скорости ку и при малых значениях (реакция быстрая, а поры малы). Наивысшая эффективность достигается при использовании гранул минимально возможного размера (рис. 13) [3, с. 113]. Как следует из рис. 13 выход бутадиена практически не зависит от зернения катализатора лишь при размерах его частиц менее 1 мм это означает, что при 2г 1 мм т] 1. [c.89]

На глубину проникновения яда влияют главным образом его концентрация на внешней поверхности катализатора и эффективный коэффициент диффузии. [c.70]

Применяя катализаторы в жидкой фазе, следует иметь в виду, что скорость некаталитических реакций в расчете на единицу реакционного объема в жидкостях в 10 —10 раз больше, чем в газах, а коэффициент молекулярной диффузии в 10 —10 раз меньше, чем в газах. Поэтому эффективность применения катализаторов в жидкой фазе 1см. уравнение (1.16)1 меньше, чем в газовой. Применение катализаторов в жидкой фазе необходимо сопровождать интенсивным перемешиванием для снятия внешнедиффузионных торможений. Мелкопористые катализаторы неэффективны из-за сильного увеличения вязкости жидкостей в порах и соответствующего снижения коэффициента диффузии [см. уравнение (1.12)1. Для увеличения поверхности контакта в жидкой среде целесообразно применять мелкодисперсные непористые катализаторы, однако при этом ухудшаются условия выделения катализатора (отстаивание, фильтрование, центрифугирование) из жидкой массы после каталитического реактора. [c.48]

Протекание процесса во внутридиффузионной области характерно для большинства промышленных катализаторов, при этом диффузия сопровождается протеканием химической реакции. Для крупнопористых катализаторов, у которых диаметр пор больше средней длины свободного пробега молекул (при 0,1 мПа — 100 нм при 30 мПа — 1 нм), перенос массы осуществляется за счет молекулярной диффузии. Для тонкопористых катализаторов при расчете скорости используют эффективный коэффициент диффузии (Д,), определяемый, как правило, экспериментально [c.451]

Объем газового потока и его скорость в гетерогенно-каталитической реакции возрастают вследствие преодоления гидравлических сопротивлений, что затрудняет диффузию реагента к катализатору и уменьшает коэффициент эффективности Э. Если в результате реакции объем газового потока уменьшается, то Э увеличивается. [c.180]

При дальнейшем повышении температуры коэффициент эффективности прогрессивно снижается и реакция переходит во внешнедиффузионную область. При этом разность концентраций в объеме и на поверхности катализатора становится значительной. В этой области концентрация реагентов на внешней поверхности гранулы стремится к нулю массопередача из объема становится единственным процессом, лимитирующим скорость реакции, и поэтому обнаруживаются те же характеристики, что и для молекулярной диффузии. В этой области кажущаяся энергия активации равна 4,2 — [c.20]

Три работы из приведенных в табл. 1,9 проведены на промышленном шариковом алюмосиликатном катализаторе. В двух из них эффективный коэффициент диффузии и коэффициент извилистости определялись расчетным путем по коэффициенту эффективности катализатора. Последний определялся по результатам крекинга на гранулах различного размера (метод расчета описан в гл. III). В обоих случаях принималось, что реакция имеет первый порядок, что несколько обесценивает полученные результаты. Тем не менее [c.65]

В связи с тем, что до настоящего времени нет надежных расчетных методов определения различных коэффициентов диффузии и относительных интенсивностей процессов переноса за счет механизмов молекулярной, кнудсеновской и поверхностной диффузии для реальных пористых катализаторов, основную роль в теории играют методы, использующие понятие эффективного коэффициента диффузии. Эффективный коэффициент диффузии находится в результате решения обратных задач, т. е. определяется из условия применимости уравнений диффузии и теплопроводности с учетом химических реакций для описания процессов тепло- и массопереноса в пористых катализаторах. В качестве единственного параметра, определяющего массоперенос, коэффициент эффективной диффузии имеет ряд недостатков. Наиболее существенный из них — неоднозначность определения. Так, если провести экспериментальное определение эффективного коэффициента диффузии для одного и того же пористого катализатора, используя различные уравнения переноса, например в одном случае уравнение диффузии без источников, а в другом случае уравнение с источниками, учитывающими хихмические превращения, то чаще всего получаются совершенно различные значения. [c.69]

Пример 8.18. Установка гидроочистки, предназначенная для удаления серы (в виде НаЗ) за счет каталитической гидрогенизации нефти, работает при температуре 378,89 °С и давлении 12,409 МПа. Часовой объемный расход жидкости составляет 1,2 (отношение объема поступающей холодной жидкости к объему слоя), а расход водорода — 6,02-10 моль/см жидкости. Используют кобальт-молибденовый катализатор в виде таблеток, которые равноценны сферическим частицам радиусом 1,4 мм. Доля пустот в слое равна 0,38 и объем пор в таблетках составляет 36 % от их объема. Протекающий углеводород в основном представляет собой жидкость, следовательно, водород должен диффундировать в поры, заполненные ею. Считая, что в случае растворенного водорода реакции необратимы и имеют первый порядок, оценить для таблеток катализатора коэффициент эффективности. Расчетом определено, что концентрация водорода в жидкости вблизи поверхности таблеток равна 0,00069 моль/см= и коэффициент диффузии водорода в жидкой фазе составляет 37-10 сиУс. [c.416]

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]

Обозначения Г, Г х, То - температуры слоя, на входе в слой и начальная с, Свх> Со соответствующие значения концентрации реагента в газовой смеси в слое, на входе и начальное и - линейная скорость потока газовой смеси, отнесенная к полному сечению слоя W T, с) - скорость химической реакции ДГад - адиабатический разогрев смеси при полной степени превращения I, L -текущая и общая длина слоя катализатора X - эффективный коэффициент продольной теплопроводности слоя - средняя обммная теплоемкость слоя катализатора Ср - средняя объемная теплоемкость реакционной смеси е -пористость слоя катализатора у = Ср + Сел D - эф ктивный коэффициент диффузии реагента в газовой смеси. [c.309]

Динамические характеристики. Из-за внешних воздействий и (или) изменений внутренних свойств каталитического процесса и реактора температурные и концентрационные поля в слое катализатора меняются во времени. При этом, как уже отмечалось, те параметры, влияния которых в стационарном режиме можно было не учитывать, часто оказываются существенными в нестационарном процессе. К таким параметрам можно отнести, например, эффективную диффузию вещества вдоль слоя катализатора, массоемкость и теплоемкость слоя, неравнодортупность наружной поверхности зерна, внешний тепло- и массообмен. В стационарном режиме значительное число факторов воздействует на состояние системы независимо и часто аддитивно. Это позволяет попользовать более узкие модели и эффективные параметры, отражающие суммарное влияние этих факторов. В нестационарном режиме степень влияния этих факторов может быть ииой и, кроме того, сильно зависеть от состояния системы. Влияние этих факторов необходимо учитывать порознь. Так, например, дисперсию тепла вдоль адиабатически работающего слоя катализатора в стационарном режиме вполне достаточно представить коэффициентом эффективной продольной теплопроводности. В нестационарном режиме это недопустимо — необходимо учитывать раздельно перенос тепла по скелету катализатора, теплообмен между реакционной смесью и наружной поверхностью зерна и иногда — перенос тепла внутри пористого зерна. Из-за инерционных свойств в нестационарном режиме имеют место большие, чем в стационарном режиме, градиенты температур и концентраций на зерне и в слое катализатора, что приводит, например, к отсутствию пропорциональной зависимости между температурой и степенью превращения, пепродол5кительному, но большому перегреву у поверхности зерна с наилучшими условиями обмена. Сдвиг по фазе между температурными и концентрационными полями иногда приводит к возникновению колебательных переходных режимов и даже устойчивых предельных циклов. Это мо- [c.77]

Эффективная внутренняя диффузия в порах зерна катализатора в зависимости от соотношения размеров пор и молекул газов может проходить по нормальному молекулярному механизму или, в стесненном движении, по механизму Кнудсена. Соответственно, бывает необходимо рассчитывать О [уравнение (11.36 а)] или коэффициент кнудсеновской диффузии [уравнение (11.37)]. [c.68]

Перенос вещества внутри пористого зерна катализатора характеризуется эффективным коэффициентом диффузии л ". В реальном зерне катализатора поры извилисты, неодинаковы по диаметру и длине,имеют разную шероховатость, могут образовывать замкнутую сеть каналов и каверны различной формы. Поэтому будем рассматривать пористое зерно как квазигомогенную среду и характеризовать скорость дифйгзии реагентов эффективным коэффициентом диффузии /19, 43-4 . [c.68]

При 300 и 380°С наблщцается кинетический режим, а при более высоких температурах - внутридиффузионный режим. Интересно отметить, что при диффузионном режиме изменение давления не сказывается на доле работающего катализатора. Как видно из рис.13, при температуре 350°С критический радиус равен 0,4 при любых давлениях и Это объясняется тем, что с увеличением давления концентрация реагента возрастает, а эффективный коэффициент диффузии падает примерно в равной степени, так как он определяется в данном случае коэффициентом объемной диффузии. Толщина работающего слоя эерна очень сильно зависит от температуры в области низких температур (до 300°С) и очень слабо в области температур выше 400°С, где толщина работающего слоя менее Ъ% радиуса зерна (рис.14). [c.81]

Расчеты процесса на зерне, произведенные с учетом химической (ошетики по уравнению (7,10), внутренней и внешней диффузии, показали, что лимитирупцей стадией является внутренняя диффузия. Влияние внешней диффузии на коэф ициент эффективности не превышает 5 и может не приниматься во внимание. Например, при концентрации в потоке 5,5%, = 380°С, 1 . = 3000 ч и = 8 мм коэффициент эффективности р равен 0,118. Без учета внешней диффузии он составил бы 0,124. Из зависимости от размеров зерна катализатора (рис.58), видно, что даже при диаметре зерна 2 мм процесс. та-митируется диффузией в зерне. [c.206]

Коэффициент эффективности для таблеток высокой и низкой, плотности составлял соответственно 0,5 и 0,8. Эффективный коэффициент диффузии, рассчитанный по результатам реакции, близок к 10 2 м2/с. Такое низкое значение типично для пор, заполненных жидкостью, хотя в этих опытах около 95% сырья вводилось в реактор в виде паров. Режим работы катализатора, при котором поры его заполнены жидкостью, но-видимому, типичен для пленочных реакторов. Исключение могут составлять реакции, сопровождающиеся образованием газообразных продуктов. При быстрой экзотермической реакции поры могут быть заполншы парами и в том случае, когда температура массы жидкости несколько ниже температуры кипения сырья или продуктов. [c.96]

Весьма вероятно, что при осуществлении в промышленном масштабе гидрогенизации и многих других реакций возникают многообразные и часто не распознанные диффузионные эффекты. Это может быть одной из главных причин, приводящих к различию результатов, получаемых в лабораторных и промышленных установках. Внутри-диффузионные ограничения могут играть важную роль даже при работе с очень мелкозернистым катализатором. Иначе говоря, коэффициент эффективности может быть значительно ниже единицы, что приведет к существенному ухудшению селективности. Пример такой ситуации, относящийся также к гидрогенизации жиров, приводит Коэнен [75]. Гидрирование проводилось над никелевыми катализаторами на носителе с размерами частиц 6—7 мкм. Катализатор со средним радиусом пор 2,7-10 м (27 А) дал значительно худшие результаты по сравнению с образцами, имевшими радиусы пор 3,4-10" и 6,6-10" м (34 и 66 А). Исходя из сферической формы молекулы, Коэнен определил диаметр молекулы триглицерида равным 1,5-10 м (15 А), что несколько выше половины среднего диаметра поры. Очевидно, что в рассмотренном примере определяющую роль играет скорость диффузии в порах, подобно тому как это происходит в молекулярных ситах. [c.121]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология