Нестационарное состояние катализатора

Реакционная среда воздействует на состояние катализатора [2]. В отсутствие внешнедиффузионного торможения каждому стационарному составу газовой фазы, температуре поверхности катализатора и начальным условиям работы соответствует вполне определенное состояние катализатора с присущими ему составом, структурой, каталитическими свойствами. Это состояние, определяющее активность и избирательность стационарного каталитического процесса, не всегда оказывается оптимальным. Можно представить ситуацию, при которой нестационарные состояния катализатора, обусловленные, например, периодическим изменением в каком-либо интервале значений состава газовой среды, в среднем превосходят стационарное состояние по активности и избирательности. При этом чаще всего целесообразны сопоставления при одинаковых значениях концентраций как в стационарных условиях, так и в среднем — в нестационарных. Эффективность каталитического процесса в искусственно создаваемых нестационарных условиях зависит от его кинетических характеристик и динамических свойств поверхности катализатора. Поэтому полезно вначале обсудить динамические свойства катализатора, а затем перейти к вопросам, связанным с проведением каталитических процессов в нестационарных условиях. [c.8]

В первом случае в нестационарном режиме возможно увеличение эффективности процесса за счет того, что при образовании промежуточных частиц колебательный режим позволяет регулировать их концентрацию и в определенных условиях изменять производительность и селективность. Во втором случае возможно увеличение эффективности процесса за счет создания оптимального (в среднем) нестационарного состояния катализатора. [c.287]

Если при нестационарном состоянии катализатора обеспечивается выполнение условия [c.30]

НЕСТАЦИОНАРНОЕ СОСТОЯНИЕ КАТАЛИЗАТОРА [c.8]

Нестационарного состояния катализатора можно достичь, периодически изменяя параметры реакционной смеси — состав, температуру, давление, объемную скорость. При изменении свойств катализатора, связанных с такими периодическими изменениями состояния газовой фазы, аналитическое определение оптимальных колебаний параметров представляет значительные трудности. Для этого необходимо знать кинетику исследуемой реакции для различных состояний катализатора и, кроме того, кинетику приближения катализатора к стационарному состоянию при воздействии реакционных смесей различного состава и температуры. [c.30]

При решении задач оптимизации нестационарного состояния катализатора принцип максимума лишь в редких случаях допускает аналитическое решение. Иногда удается показать, что х, являющийся решением задачи (7.1)—(7.4), не удовлетворяет необходимым условиям оптимальности, что означает [61]. Чаще всего необходимые условия оптимальности позволяют лишь качественно характеризовать оптимальное решение и (или) построить численные алгоритмы оптимизации. Для этого используют методы. [c.289]

К настоящему времени уже накоплен значительный объем экспериментальных работ, связанных с осуществлением гетерогенных каталитических процессов при нестационарном состоянии катализатора. И не вызывает сомнения тот факт, что переход к нестационарному режиму позволяет во многих случаях существенно повысить эффективность процесса по сравнению со стационарным. Однако наблюдаемые изменения эффективности процесса очень редко объясняются количественно на основе математической модели, построенной на базе независимых кинетических исследований. Это создает значительные трудности при постановке задач управления нестационарными процессами и определении оптимальных условий их осуществления. [c.287]

Изменения эффективности каталитических процессов, осуществляемых при искусственно создаваемом нестационарном состоянии катализатора, можно, по-видимому, ожидать всегда, если эти процессы протекают по раздельному механизму. В частности, по такому пути протекают такие окислительно-восстановительные реакции, как полное окисление водорода, СО, углеводородов и многих других органических веществ при повышенных температурах, а также парциальное окисление олефинов, спиртов, ароматических соединений. Осуществляя каким-либо образом взаимодействие окислителя с восстановленным катализатором й затем — взаимодействие исходного вещества (в присутствии окислителя или без него) с вводимым в зону реакции окисленным катализатором, можно часто увеличить активность и (или) избирательность за счет того, что в нестационарном режиме катализатор может поддерживаться в состоянии, оптимальном по энергии связи кислорода с поверхностью. Примером этого, кроме уже названных процессов, может служить окисление нафталина во фталевый ангидрид на ванадиевом катализаторе [30]. Для этого процесса активность катализатора становится тем большей, чем больше степень окисленности 0, а избирательность процесса практически не зависит от величины 0 нри [c.40]

Поддерживание нестационарного состояния катализатора до- [c.286]

Вторая задача, от которой непосредственно зависит успех создания эффективных искусственно создаваемых нестационарных процессов,— это дальнейшее развитие теоретических основ динамики гетерогенных каталитических реакторов. В нестационарных условиях гораздо сильнее, чем в стационарных, проявляется влияние процессов переноса вещества, тепла и импульса. Небольшие изменения, например, в условиях массо- и (или) теплообмена в зернистом слое катализатора могут привести к весьма заметным изменениям избирательности, степени превращения. Поэтому для осуществления нестационарных процессов требуется глубокое и ясное понимание всех физических процессов в реакторе. Количественное знание позволяет строить простые математические модели процессов в реакторах любой производительности. Кроме того, глубокое понимание всех основных закономерностей массо- и теплопереноса в реакторах позволяет создавать условия, благоприятно влияющие на показатели каталитического процесса. Нам представляется, что поиск таких условий эмпирически, на основе общих соображений нечасто будет приводить к заметным положительным эффектам. Особо важно отметить необходимость экспериментальных и теоретических работ по исследованию и количественному описанию поведения твердых частиц катализатора в реакторах, работающих в условиях псевдоожижения, пневмотранспорта, циркуляции частиц между реакторам н регенератором. Именно в таких реакторах легче организовать условия работы при нестационарном состоянии катализатора. [c.227]

Обозначим через а величину параметра, определяющего состояние катализатора. В процессе реакции, осуществляемой в нестационарных условиях, величина а будет меняться. Пусть при стационарном лроцессе со значениями параметров газовой фазы, соответствующих средним за время Мг, прй нестационарном процессе величина а == а - Во многих случаях нестационарные состояния катализатора в определенном интервале параметра а могут превосходить стационарное состояние по активности и (или) селективности. Тогда при неизменном состоянии газовой фазы в течение всего интервала работы катализатора в режиме катализа относительный выигрыш в скорости химического превращения для простой реакции имеет вид [c.29]

Г. К. Боресков отмечает, что во многих случаях изменение ка, тализатора под действием реакционной смеси связано не с этапа ми каталитического превращения, а с побочными процессами скорость которых может быть много меньше скорости каталитической реакции. При этом катализатор способен длительное вре мя находиться в нестационарном состоянии, медленно изменяя свои свойства под влиянием реакционной среды. Нестационарные состояния катализатора могут обладать более высокой активностью и селективностью по сравнению со стационарным, и их использование открывает широкие возможности повышения интенсивности и избирательности каталитических процессов в промышленности. [c.752]

Существует большой разрыв между экспериментальными исследованиями, связанными с осуществлением каталитических процессов при нестационарном состоянии катализатора, и теоретическими работами, посвященными построению и исследованию кинетических моделей, описывающих нестационарный процесс на поверхности катализатора, а также поиску путей повышения эффективности каталитических процессов в нестационарных условиях. Чаще всего экспериментальные работы по повышению эффективности каталитических процессов при значительных абсолютных [c.30]

Для получения количественных оценок влияния на описанный процесс нестационарного состояния катализатора, обусловленного динамикой каталитических реакций в расплаве, было проведено численное моделирование входного и выходного участков слоя [8] на основе кинетической модели (8.2), параметры которой сообщены в [9]. [c.185]

Окисление диоксида серы в нестационарном режиме, которое создается путем попеременного переключения направления подачи исходной газовой смеси, может происходить при существенно нестационарном состоянии катализатора. Характерные особенности данного способа заключаются в двух обстоятельствах снижении температуры входного участка слоя при подаче холодной свежей реакционной смеси и одновременно с этим повышении температуры входного участка слоя при поступлении туда частично прореагировавшей реакционной смеси с высокой температурой. После переключения направления потока входной и выходной участки меняются местами . [c.185]

Поддерживание нестационарного состояния катализатора достигается изменениями параметров реакционной смеси — состава, температуры, давления, объемной скорости. Как уже обсуждалось в гл. 1, в результате этих колебаний могут возникать два типа состояний. [c.28]

Рис. 1. Окисление пропилена на СиО в нестационарном состоянии катализатора.

Рассмотрим несколько каталитических процессов при нестационарном состоянии катализатора, связанном с его периодической регенерацией в кипящем слое. Вначале речь пойдет об окислении о-ксилола на катализаторе, состоящем из 3,2 мол.% УгОа, [c.38]

Нестационарное, во время которого еще не установилось адсорбционное равновесие между поверхностью катализатора и газовой фазой скорость адсорбции может быть больше скорости реакции на 2 порядка. Химический состав катализатора не успеет измениться, так как скорость топохимической реакции меньше скорости реакции каталитической. Условно можно считать, что в нестационарном состоянии катализатор находится ЕО время первого импульса. [c.124]

НЕСТАЦИОНАРНОЕ СОСТОЯНИЕ КАТАЛИЗАТОРА В УСЛОВИЯХ РЕВЕРСА РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ [c.117]

Осуществление каталитических реакций при нестационарном состоянии катализатора достигается путем попеременной обработки катализатора газовыми смесями различного состава, изменениями состава и (или) температуры исходной реакционной смеси и т. п. Одним из наиболее удобных способов реализации нестационарного процесса является создание движущегося фронта реакции по слою катализатора. Для того чтобы фронт не вышел из слоя, предлагается периодически изменять нанравленне подачи реакционной смеси. При таком методе проведения реакции в слое обеспечиваются высокие температуры даже при очень малых адиабатических разогревах смеси и низких входных температурах, время переключения составляет десятки минут, ноле температур хорошо приближается к теоретическому оптимальному, особенно для обратимых экзотермических процессов. Теоретические и экспериментальные результаты по нспользованию предложенного метода хорошо согласуются друг с другом. [c.4]

Для задач, возникающих прп оптимизации нестационарного состояния катализатора, принцип максимума лишь в редких случаях допускает аналитическое решение. Иногда удается показать, что х, являющийся решением задачи (2.15) — (2.18), не удовлетворяет необходимым условиям оптимальности, что означает / >/ [43]. Чаще всего необходимые условия оптимальности позволяют лишь качественно характеризовать оптимальное решение и (или) построить численные алгоритмы оптимизации. В связи с этпм целесообразно использовать методы, основанные на анализе предельных случаев, и сформулировать достаточные условпя эффективности периодических режимов. Так, чтобы показать эффективность циклического процесса, часто достаточно проанализировать поведение системы при очень больших и очень малых по сравнению с характерным временем системы значениях периода, которым соответствуют, как уже обсуждалось, квазистационарный и скользящий режимы. При квазистационарном ре киме в силу большой продолжительности цикла система будет удовлетворять уравнению (2.15) нри всех 0единственность стационарных состояний, значение управления и t) однозначно определяет состояние [c.50]

Кинетические уравнения реакций глубокого окисления органических веществ (как и других каталитических реакций), выведенные без учета воздействия реакционной среды на катализатор, не отражают действительного механизма каталитической реакции. Даже хорошее соответствие рассчитанных по этим уравнениям и экспериментально определенных скоростей реакций не может рассматриваться как подтверждение справедливости представлений о механизме рассматриваемой реакции, использованных при выводе этих уравнений, пока не будет установлена идентичность кинетики реакции для стационарного и нестационарного состояния катализатора. [c.117]

Для исследования кинетики реакций с полимеризующими-ся продуктами в присутствии водяного пара разработана и применена модель реактора с поршневым турбулизатором [35]. Исследование методом конкурирующих реакций [23] позволило определять относительную адсорбционную и реакционную способность углеводородов. Импульсный микрокаталитический метод дал возможность изучения кинетики процесса при нестационарном состоянии катализатора. Оценка величины поверхности серебра [21] и окислов меди [22] на поверхности носителя хемо-сорбционным методом позволила определять удельную поверхность и удельную активность контактов. Наиболее быстрым и удобным является хроматографическое определение общей величины поверхности контактов [1]. Применение инфракрасной спектрометрии дало возможность уточнить детали механизма окисления этилена на серебре. [c.23]

Возможность использования нестационарного состояния катализатора. [c.36]

В. М. Белоусов (Киев, СССР). В докладах 33 и 34 дискутируется вопрос об участии кислорода решетки окисла в окислительном катализе, т. е. осуществляется ли схема попеременного окисления — восстановления катализатора в процессе реакции, или эта схема является лишь удобной моделью при анализе возможных свойств окисли как катализатора. Полученные нами данные о закономерностях окисления пропилена на ряде окислов металлов нри нестационарном состоянии катализаторов с помощью импульсного метода, позволяют подойти к вопросу об участии кислорода решетки окисла в каталитическом процессе. [c.381]

В работе [18] и в гл. 2 для системы (4.22) при х = 1 показано, что в случае, когда характерное время изменения поверхностной концентрации [А2] — Млг существенно меньше такового у [Ва2] — Мв 7> периодические колебания концентрации Са с определенным периодом приводят к повышению скорости и селективности образования вещества В за счет нестационарного состояния катализатора. В качестве способа поддержания требуемого пе-стационарного состояния катализатора в изотермическом реакторе в данном разделе обсуждается метод изменения направления подачи смеси в слой катализатора . Пусть на вход реактора подается реакционная смесь с избытком по веществу Вг. При неизменных входных условиях в реакторе устанавливается стационарный режим, характеризующийся при достаточном времени контакта полной степенью превращения х и селективностью х по целевому продукту В. Если время контакта реактора достаточно большое, так что степень превращения вещества А достигает значений, близких к 1, в центральной части слоя, то выходной участок характеризуется повышенной степенью покрытия веществом Ва. Если в такой ситуации произвести переключение направления подачи реакционной смеси на противоположное, то газ, содержащий вещество А, начинает поступать на участок с повышенным содержанием [Вг2], что, согласно [1], приведёт к высокой селективности процесса. Для того чтобы в установившемся режиме при периодических переключениях направления подачи реакционной смеси селективность в нестационарных условиях была выше, чем селективность в стационарных условиях-5, согласно [18], необходимо и достаточно, чтобы выполнялось условие Далее приводятся результаты математического моделирования периодических режимов в изотермическом проточном реакторе. Предполагая процессы в газовой фазе квазп-стациопарными но отношению к нестационарным процессам на каталитической поверхности, а также неизменную скорость фильтрации по всей длине реактора, можно записать уравнение материального баланса в газовой фазе следующим образом [c.118]

Кроме нестационарности скорости превращения может возникнуть нестационарность состояния катализатора. Помимо реакции собственно каталитического превращения возможно взаимодействие катализатора с реакционной средой, стадии которой, как правило, не являются стадиями реакции, например окисление -1юсстановление поверхности катализатора. В зависимости от степени окисленности меняются активность и селективность катализатора. И если эти процессы протекают медленнее, чем изменение концентраций и температуры у поверхности катализатора, то последний не будет находится в стационарном состоянии относительно реакционной среды, что скажется на показателях процесса. В этом случае математическое описание динамического режима, подобного (4.104), надо дополнить уравнениями изменения состояния катализатора (например, уравнениями окисления - восстановления поверхности) и учесть, что параметры химической модели реакции каталитического превращения зависят от состояния катализатора. Математический анализ - необходимость учета тех или иных составляющих процесса - также надо проводить как анализ уравнений с малыми параметрами. [c.242]

Нестационарность состояния катализатора может возникнуть и вследствие изменения его активности из-за отравления, старения закоксования и других причин дезактивации. В этом случае стационарная кинетическая модель дополняется описанием дезактивации и зависимостями параметров кинетической модели от степени дезактивации. Обычно принимают, что дезактивация приводит к уменьшению константы скорости реакции, так что к =акя (где к, к -текущее и начальное значения константы скорости а - фактор дезак-тива1ши). В этом случае уменьшение к (дезактивации) связано с уменьшением числа активных центров. [c.242]

Помимо изменения скорости сорбции при малой концентрации углеводородов в реакционной смеси увеличивается энергия связи промежуточных комплексов. Справедливость этого показали исследования глубокого окисления бензола на диоксиде марганца и на палладиймарганецоксидном катализаторах, выполненные импульсным микрокаталитическим методом при нестационарном состоянии катализаторов [201-203]. [c.173]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология