Моделирование процесса на зерне катализатора

Математическое моделирование процессов на зерне катализатора. После проведения кинетических исследований переходят к следующему этапу построения модели каталитического реактора, а именно к исследованию процессов, протекающих в зерне катализатора. При этом известно, что модели, описывающие процессы в зерне катализатора для систем катализатор—жидкость, иногда не отличаются от процессов, протекающих в системе катализатор — газ, что дает возможность использовать в обоих случаях одни и те же уравнения материального и теплового балансов. [c.28]

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В НЕОДНОРОДНО-ПОРИСТЫХ ЗЕРНАХ СЛОЖНОГО КАТАЛИЗАТОРА [c.39]

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕГЕНЕРАЦИИ НА ЕДИНИЧНОМ ЗЕРНЕ КАТАЛИЗАТОРА [c.295]

Перенос тепла. Высокотемпературная зона возникает в результате экзотермической реакции. Необходим какой-либо эффективный механизм переноса тепла, исключающий неограниченный рост температуры в зоне реакции. Перенос тепла в слое катализатора возможен благодаря теплопроводности слоя, внешнему теплообмену (между наружной поверхностью зерна катализатора и реакционной смесью) и внутреннему переносу тепла в таблетке катализатора. В отличие от стационарного случая механизм переноса тепла - необходимый элемент моделирования процесса с реверсом. [c.308]

Пористое зерно катализатора состоит из большого числа различных частиц, образующих сложную неупорядоченную структуру. В зерне наряду с областями, имеющими плотную упаковку, существуют щели, трещины и пустоты с ограниченной доступностью для газа. Это затрудняет экспериментальное исследование и моделирование процессов в пористых зернах. Даже для однороднопористых структур расчетные коэффициенты диффузии значительно отличаются от найденных опытным путем. Для устранения расхождений вводят 472 [c.472]

При уменьшении диаметра зерен и доли свободного объема засыпаемого катализатора снижаются затраты на него и контактный аппарат, однако возрастают расходы на преодоление гидравлического сопротивления. Положение оптимума зависит от технологического режима, процесса капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Поэтому на данном этапе моделирования оптимальные формы и размеры зерен определяют предварительно. После выбора оптимального режима, наилучшего типа реактора и выяснения срока службы катализатора оптимальные размеры и форму зерен необходимо уточнить. Однако основные выводы могут быть сделаны уже в результате моделирования процесса в одном зерне. [c.480]

Процессы и реакторы. С учетом данных моделирования процесса в одном зерне составляют математическое описание этого процесса в слое катализатора. Для обобщения опыта моделирования промышленных процессов, сравнения достигнутых результатов и быстрой предварительной оценки путей реализации каждого нового процесса [c.481]

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЗЕРНЕ КАТАЛИЗАТОРА [c.545]

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НА ЗЕРНЕ КАТАЛИЗАТОРА [c.71]

Следует ожидать, что при меньших начальных закоксованностях и более высоких концентрациях кислорода достижение максимального разогрева сместится в область конверсий углерода порядка 10%. Это отмечается в литературе [145, 150, 151] и получено в работе [153] с помощью изотермической модели. В любом случае характер распределения температуры после достижения максимального разогрева близок тому, который предсказывается при теоретическом исследовании [158] квазистационарных решений для экзотермических процессов. Последнее наводит на мысль о возможности применения приближения квазистационарности для уравнения теплового баланса. Правда, при таком подходе пропадает качество описания переходного периода на зерне формирование у внешней поверхности крутого температурного фронта и его последующее движение к центру зерна, сопровождающееся перестройкой температурного профиля по радиусу. С другой стороны, достаточно надежные результаты получены с помощью изотермических уравнений вида (4.14), которые не учитывают влияние теплопереносов на зерне в ходе всего процесса. Трудно априори отдать предпочтение одной из моделей изотермической или квазистационарной. При моделировании процесса регенерации на зерне катализатора было использовано квазистационарное приближение для уравнения теплового баланса. С учетом сказанного выше математическое описание процесса выжига кокса на зерне катализатора представляется следующей системой уравнений [c.74]

В то хе время моделирование процесса в отдельном зерне за- ключается в определении значений р, которые можно получить экспериментально. Тогда в случае адиабатического режима скорость реакции на промышленном зерне катализатора в любом сечении слоя описывается уравнением [c.69]

Таким образом, для моделирования процесса в отдельном зерне катализатора необходимо располагать не только достоверными кинетическими данными, но и зависимостью 2 температуры при конкретных давлениях, структуре, форме и размерах гранул катализатора. [c.72]

Ю.Л.Вяткиным и др. /46 - 4 проведено моделирование процесса паровой конверсии метана в изотермическом шаровом пористом зерне катализатора, т.е. изменение температуры по радиусу не учитывалось и уравнение (3.41) опускалось. [c.70]

Вяткин Ю.Л., Бесков B. . Моделирование процесса паровой конверсии метана в зерне катализатора. - Теорет.основы хим.технологии, 1975, 9. № 4, сТ 535-540. [c.304]

Первый этап моделирования состоит в выявлении и описании структуры реактора (выделение уровней сложного процесса и установление связей между ними). Первым таким уровнем служит кинетическая модель процесса (см. гл. 4). Вторым уровнем для реактора с неподвижным слоем является модель процесса на одном пористом зерне катализатора. Составные части этой модели представляют собой стадии массо- и теплопереноса внутри зерен катализатора и химического превращения на активной поверхности. Связи между стадиями описываются уравнениями материаль- [c.115]

Изложены основы моделирования каталитических процессов и реакторов. Рассмотрены процессы на зерне катализатора, в его неподвижном слое. Отражены вопросы моделирования каталитических реакторов, в том числе аэродинамического моделирования. [c.2]

Один из этапов разработки химических реакторов - аэродинамическое моделирование (см. рис. 3.4). Его появление определено следующим. С одной стороны, методы аэродинамики позволяют определить структуру потока в реакторе, что необходимо для построения в нем математической модели процесса, с другой стороны, - разработать такие конструкции отдельных узлов реактора, которые обеспечивают необходимые условия протекания процесса в нем. Аэродинамическое моделирование проводят также по масштабным уровням протекания процесса в реакторе, что было использовано при анализе процессов на зерне катализатора и в слое. [c.231]

О подобии математических моделей разных процессов. Как уже было показано, процессы движения механического маятника и изменения силы тока в электрическом контуре могут быть представлены одинаковыми математическими моделями, т.е. описываться одним и тем же дифференциальным уравнением второго порядка. Решение этого уравнения есть функция х 1), которая указывает на колебательный вид движения этих разных по природе объектах. Из решения уравнения также можно определить изменение во времени положения маятника относительно вертикальной оси или изменение во времени направления тока и его величины. Это — интерпретация свойств математической модели на показатели изучаемых объектов. В этом проявляется весьма полезная особенность математического моделирования. Подобными математическими моделями могут быть описаны разные процессы. Такая универсальность математической модели проявляется в исследовании, например, процессов в емкостном 1 и трубчатом 9 реакторах на рис. 4.1 (см. разд. 4.1), изучении взаимодействия газообразного реагента с твердой частицей и гетерогенно-каталитического процесса (разд. 4.5.2 и 4.5.3), рассмотрении критических явлений на единичном зерне катализатора и в объеме реактора 8 на рис. 4.1 (разд. 4.7.2 и 4.10.3). [c.92]

Рассматривая математическое моделирование гетерогенных процессов, протекающих в системе газ-полностью реагирующее твердое и на непористом зерне катализатора (разд. 4.6.3), можно обратить внимание на один момент. Несмотря на различие в механизмах протекания (в первом случае реагируют газообразный и твердый компоненты, во втором дальнейшее превращение претерпевают только газообразные компоненты, попадая на поверхность твердого катали- [c.145]

Проведенные расчеты и анализ результатов показывают, что оптимизация пористой структуры и размеры зерна являются существенным резервом повышения производительности катализатора. Применение методов математического моделирования и расчеты на ЭВМ позволяют определить оптимальные параметры пористой структуры и размер зерна. Объем и характер информации о влиянии пористой структуры катализатора на технологические и экономические показатели процесса, которые можно получить расчетным методом, практически невозможно получить с помощью эксперимента. Несмотря на недостатки существующих методов моделирования пористой структуры катализаторов и связанной с этим приближенный характер результатов, данные, полученные расчетным методом, могут оказать существенную пользу при планировании экспериментальных работ, направленных на создание эффективных катализаторов. [c.200]

По/ е температур и концентраций в слое катализатора устанавливается как результат взаимного влияния физических и химических процессов, протекающих в слое. Сложность процесса каталитического превращения в слое требует раздельного изучения отдельных стадий переноса вещества и тепла и химического превращения на зерне катализатора. На основе такого изучения составляется математическое описание, которое - практически независимо от его сложности - с помощью электронных вычислительных машин используется для моделирования каталитических процессов. [c.303]

Работа [7.22] по моделированию адиабатических реакторов с неподвижным слоем, посвященная коксообразованию, упоминалась в связи со случаем, когда зерна катализатора имеют единственное квазистационарное состояние. При этом была также рассмотрена возможность существования не единственного квазистационарного состояния для зерна катализатора было найдено, что эти состояния возникают, когда парциальное давление реагента увеличивается от 0,07 до 0,16 (другие данные были аналогичны тем, которые приведены в табл, 7.1). Если существуют не единственные стационарные состояния, то результирующие профили зависят от начальных условий, а также от условий проведения процесса. Для следующих приме- [c.179]

При моделировании кинетики рассмотрена система кинетических уравнений скоростей стадий. При этом все компоненты реакций системы, входящие в кинетические уравнения, разделены на три группы углеродные комплексы на поверхности и в объеме коксовых отложений, компоненты газовой фазы. Состояние поверхности кокса всегда квазистационарно по отношению к объемным характеристикам. Степень покрытия поверхности различными комплексами определяется решением соответствующей системы нелинейных алгебраических уравнений. Мольная скорость потока на выходе из реактора определяется из условия нормирования состава по газовой фазе. Это условие отражает факт изменения числа молекул газа (или изменения объема реакционной смеси) в процессе выжигания кокса. В модели предполагалось, что кокс отлагается на катализаторе в виде полусферических гранул с некоторым средним начальным (для регенерации) радиусом. Для моделирования процесса на зерне катализатора использовалась диффузионная модель. При построении модели использовались следующие допущения [c.254]

Основой математического моделирования промышленных процессов гетерогенного катализа является математическое описание гетерогенного каталитического процесса на отдельном зерне катализатора. Анализ процессов тепло- и массопереноса в единичном зерне катализатора важен еще и потому, что позволяет наметить пути выбора или синтеза оптимальных промышленных катализаторов, поскольку от интенсивности процесса переноса в зерне катализатора зависит не только удельная каталитическая активность катализатора, но и такая важная характеристика катализатора, как избирательность. Объемная активность катализатора — функция удельной каталитической активности. активной поверхности и, кроме того, средней скорости внутреннего массопереноса. Если процесс химических превращений на катализаторе складывается из последовательных реакций, а полезный продукт промежуточный, то уменьшение скорости внутреннего массопереноса всегда приводит к снижению избирательности. В том случае, когда выход полезного продукта определяется интенсивностью побочной реакции, избирательность катализатора зависит как от соотношения между константами и порядками основной и побочной реакций, так и от скорости массопереноса. Интенсивность процесса переноса теплоты в катализаторе может существенно влиять на его промышленную эффективность. Для катализаторов, используемых для проведения простых экзотермических реакций, выгодна малая величина эффективной теплопроводности, так как перегрев увеличивает скорость процесса. Простые эндотермические реакции и сложные реакции, для которых энергия активации основной реакции меньше энергии активации побочных реакций, целесообразно проводить на катализаторах с увеличенной эффективной теплопроводностью. Таким образом, качественный и количественный анализ процесса связанного тепло- и массопереноса в единичном зерне катализатора является не только основой расчета промышленного процесса, но и служит необходимым условием выбора оптимального катализатора. [c.67]

Математическое моделирование позволило дать рекомендации по созданию новых реакторов в псевдоожиженном слое и интенсификации действующих. Показано, что целый ряд промьиплеп-но важных процессов целесообразно осуществлять в псевдоожиженном слое катализатора, позволяющем работать на мелком зерне катализатора без значительных перепадов температур с весьма интенсивным теплоотводом. [c.5]

В работах сборника содержится ряд практических результатов по численным методам моделирования процессов тепломас-сопереноса в каталитических реакторах. Предложены и обоснованы разностные методы решения сложной системы нелинейных уравнений, описывающей поведение фронта в реакторе с учетом процессов в зерне и теплопроводности по скелету катализатора. Исследованы разностные схемы, аппроксимирующие дифференциальные уравнения с сильно меняюпщмися коэффициентами. [c.5]

В практике математического моделирования процесса окислительной регенерации выявлению закономерностей выжига кокса на зерне катализатора уделяется серьезное внимание. Основной вопрос, интересующий исследователей,-какие перегревы возможны при регенерации зерен катализатора в зависимости от выбора начальных условий массы отло-живщегося кокса, температуры, концентрации кислорода в газе и размера зерна. Другой важный вопрос-оценка влияния процессов переноса тепла и вещества в порах зерна на характер и скорость выжига кокса. [c.71]

Главная задача моделирования процессов на зерне катализатора-определение фаниц кинетической области [144]. Граница, отделяющая кинетическую область от диффузионной или переходной, характеризуется такими основными парамефами адиабатические разогревы на зерне Д0 и парамеф Тиле vl> чем больще А0у, тем меньще значение ф, определяющее границу области. [c.76]

Какие максимальные разогревы могут быть на зерне катализатора при регенерации Такой вопрос ставят все исследователи [145, 147, 149-153], занимающиеся моделированием процесса на уровне зерна. Интерес к этой проблеме понятен перегревы катализатора вызывают его растрескивание, снижающее механическую прочщкть и активность, и последующее разрущение, что приводит к увеличению расхода катализатора. Теряют предсказательную силу и результаты моделирования, полученные в предположении, что регенерация не изменяет поровой структуры и размера зерна катализатора. [c.78]

Кинетика процесса гидрогеиолиза моносахаридов через стадию превращения их в высшие полиолы рассмотрена в разд. 4.3.1 по работам Н. А. Васюниной, Е. Ф. Стефогло и А. Ермаковой [63, 84] моделирование реактора для такого процесса выполнено этими же авторами [20]. Было установлено, что оптимальное время пребывания (время прохода, время контакта) составляет для гидрогеиолиза сорбита без добавления гомогенного сокатализатора 90 мин. Показано, что для диаметра зерна катализатора 0,1 мм и соотношения скоростей газа и жидкости 10—15 устойчивый транспортный режим достигается при скорости жидкости 3 см/с. [c.138]

Для количественного определения влияния внутреннего переноса на кинетику процесса, определения эффективности использования внутренней поверхности р, т.е. для моделирования процесса в зерне необходимо знать радиус пор уэ, ионстаиту скорости в кинетической области и эффективный коэффициент диффузии Значения для реакций гидрогенолиза этана и пропана известны. Радиус пор и распределение их по размерам определяют методом ртутной по-рометрии. Однако несмотря на растущее совершенствование этого метода, практически невозможно получить полное представление о сложной структуре катализатора. Что касается 4 , то его значение можно оценить лишь приближенно. [c.67]

При осуществлении процесса в неподвижном слое катализатора невозможно одновременно удовлетворять условиям физического и химического подобия. Однако в случае автомодельного режима относительно одних из указанных условий можно исключить последние из математической модели реактора. Так, для химически подобных процессов, протекающих во внешнедиффузионной области, применимы методы физического моделирования. При организации автомодельного режима относительно физических условий можно использовать модель идеального вытеснения, согласно которой процесс в слое идентичен процесссу в отдельнс зерне катализатора. [c.73]

Исследована кинетика гидрогенолиза этана и пропана при очистке природного газа. Выполнено моделирование процесса для отдельного зерна катализатора и получеяо уравнение, учитывающее влияние внутреннего переноса на кинетику процесса. [c.180]

Вятхин Ю.Л., Бесков B. . Моделирование процесса паровой конверсии метана в зерне катализатора. Теор.основы хин. технол. т. 9, 1975, № 4, с. 535 - 540. [c.54]

На втором уровне производится моделирование процесса в элементарном объеме реактора, например на одном зерне катализатора. Составные части указанной модели представляют собой стадии массотеплопереиоса в элементарном объеме, например в порах зерен катализатора. Связи между стадиями описываются уравнениями материального и теплового балансов. [c.32]

При моделировании каталитического процесса, протекающего на зернах катализатора в виде полых цилиндров, с учетом химической реакции и диффузионного переноса, возникает задача решения дщгмерного нелинейного уравнения Пуассона [c.64]

Первым эталом математического моделирования каталитических процессов является изучение процесса на отдельном зерне катализатора. [c.472]

При анализе процессов регенерации Р. Хьюз четко определил необходимость учета состава кокса по углероду и водороду. Знание состава кокса и модель, учитывающая неравномерность выжигания этих компонентов кокса во времени и в объеме зерна катализатора, позволяют подойти к проблеме расчета оптимального режима регенерации. Эти вопросы пока еще не нашли отражения в литературе. В условиях дезактивации, зависящей от режима процесса, различия в партиях, катализатора, длительности его работы после загрузки (т. е. его фактического состояния), необходимо определять оптимальный режим с учетом всех этих факторов. Для этого целесообразна разработка методов оптимизации, позволяющих управлять процессом с одновременной модификацией структуры и параметров модели объекта, а также параметров управляющей функции с тем, чтобы осуществлять оптимальное управление в реальном режиме времени. Решение таких проблем относится к области эволюцион ного моделирования нестационарных процессов. [c.9]

При моделировании процесса в слое катализатора в данной работе введен учет продольного переноса тепла по слою катализатора за счет теплопроводности. В модели учитывается внещний тепло- и массоперенос между газовым потоком и зернами катализатора. Расчеты по модели показали, что в лобовом участке слоя регенерация протекает в кинетической области. Начиная с 0,2 всей длины слоя градиенты концентрации кокса по сечению зерен возрастают и реализуется режим послойного горения для любых концентраций кислорода свыше 57о (об.). В слое формируются температурные профили, которые, деформируясь, движутся по слою. В лобовом участке слоя из-за более низких температур скорость удаления кокса меньше, чем в основном слое с ростом скорости газа в лобовом участке больше кокса остается непрореагировавшим. [c.255]

Кинетика гетерогенных процессов обмена в сложных случаях определяется скоростями протекания целого комплекса микро- и макроскопических процессов. При этом полное и точное математическое описание всех этих процессов приводит к громоздким системам дифференциальных и интегро-дифференциальных уравнений, решение которых с необходимой точностью не всегда удается получить не только аналитически, но даже численными методами. Трудности полного математического описания кинетики гетерогенных процессов являются причиной широкого распространения методов формальной кинетики. Кинетические уравнения, в состав которых входят эмпирические константы, удовлетворительно описывают кинетику процессов, как правило, только для отдельных элементов общей поверхности межфазного контакта для отдельного зерна катализатора, для единичного элемента диспергированного адсорбента и т. д. С другой стороны, расчет технологических процессов требует анализа кинетики гетерогенного обмена для всей поверхности межфазного контакта с учетом реальных условий протекания процесса в конкретном аппарате или реакторе. Методам статистической макрокинетики, т. е. методам описания кинетики гетерогенных процессов в таких макроскопических условиях реальных аппаратов и реакторов, которые не могут быть описаны только детерминированными соотношениями и требуют использования статистических подходов, посвящена третья глава книги. В качестве гидродинамического введения к развиваемым в этой главе методам статистического описания и моделирования широкого класса процессов массопереноса в условиях интенсивного перемешивания рассматриваются некоторые результаты исследования двухфазной турбулентности в псевдоон<иженном слое, стохастический характер которой приводит к ряду типичных нелинейных эффектов, [c.10]