Анализ процесса на зерне катализатора

Прн анализе процессов переноса тепла и массы в зерне катализатора необходимо учитывать как наличие, так и отсутствие межфазных градиентов на поверхности раздела жидкость—катализатор. Предполагается, что концентрация и температура реагентов в жидкой фазе известны. Тогда общая степень внутреннего использования поверхности катализатора 1] представляется как функция степени внутреннего использования поверхности катализатора 11 и двух безразмерных комплексов, содержащих критерии 1Чи и ЗЬ. При таких исследованиях устанавливаются оптимальные размеры зерен катализатора и выявляются причины [c.28]

Температура по поперечному сечению реактора и по поперечному сечению зерна катализатора не меняется. Это допущение справедливо лишь лри определенных концентрациях и температурах окисляющего газа. Указанные условия желательны для регенерации и могут быть определены из анализа процесса на зерне. [c.305]

Увеличение размеров реакционных устройств для проведения процессов нефтепереработки и нефтехимии может сопровождаться изменением их конструкции (например, изменением устройства для распределения сырья в реакторе и т. д.). Не удается также безгранично уменьшать размеры реактора. Изучение технических процессов крекинга, платформинга и других на одном-двух зернах катализатора в дифференциальном реакторе едва ли возможно, так как для анализа результатов необходимы значительные количества продуктов, а при малых количествах катализатора это требует длительного времени работы. Вследствие этого приходится изучать процесс в интегральном реакторе в условиях, когда физический транспорт может оказывать тормозящее действие на химические превращения. [c.136]

II когда проведение анализов требует больших количеств продуктов. Например, изучение технических процессов крекинга, платформинга и других на одном-двух зернах катализатора в без-градиентном реакторе едва ли возможно, так как анализ результатов требует значительных количеств продуктов. [c.158]

При анализе кинетики процесса на отравляющемся катализаторе возникают особые трудности, связанные с тем, что показатели такого процесса изменяются со временем по мере накопления адсорбированного каталитического яда на активной поверхности. В случае, когда яд поступает в зерно катализатора из потока реагентов, его концентрация в порах катализатора и количество адсорбированного яда, отнесен-,ное к единице активной поверхности, (о определяются уравнениями [c.146]

Уравнения (VII.23) достаточно записать только для ключевых веществ, так как концентрации всех остальных реагентов можно выразить через ключевые с помощью линейных соотношений (см. раздел 11.2). При расчете процесса с неподвижным катализатором под и надо понимать фильтрационную скорость потока IV, т. е. скорость, рассчитанную на полное сечение аппарата, равную истинной средней скорости, умноженной на долю свободного объема е. Выражения для функций и в случае гетерогенного процесса должны быть составлены с учетом как кинетических, так и диффузионных факторов поэтому для квазигомогенной модели расчет реактора всегда должен быть предварен анализом процессов на отдельном зерне катализатора, позволяющим установить макроскопическую скорость процесса в единице объема слоя. [c.283]

Условия устойчивости. При строгом анализе условий устойчивости процесса на пористом зерне катализатора мы должны, как обычно, записать систему нестационарных уравнений и линеаризовать ее в окрестности исследуемого стационарного режима. Затем, разыскивая решения в виде комбинации экспонент типа приходим к некоторой задаче на собственные значения. Если эта задача имеет ненулевые решения только при Я с отрицательными действительными частями (или, иначе говоря, если ее спектр лежит в левой полуплоскости комплексной плоскости К), то исследуемый стационарный режим устойчив. [c.360]

Далее рассматривается в основном именно макроуровень, как представляющий наибольший интерес и значительные сложности. Анализ процессов на таком уровне предполагает ряд этапов. В начале декомпозиция, т. е. выделение типичного и представительного в отношении физического механизма процесса элемента, например отдельного зерна катализатора или пузырька газа в барботажном слое и т. п. Затем анализ макрокинетики процессов в выделенном элементе при различных физических воздействиях и выбор оптимального. И, наконец, синтез - распространение полученных результатов на всю рабочую зону или весь аппарат. [c.7]

Как видно из уравнений (4.15), неизотермический процесс выжига кокса на зерне катализатора характеризуется параметрами и Л0 . Величина 1 , называемая в литературе [144, 157] параметром Тиле, характеризует область протекания процесса-кинетическую или диффузионную. Значения AQj определяют максимальный разогрев зерна и зависят от величин адиабатических разогревов АО д и модифицированного параметра Льюиса Ье = 0 Ср[к (значение последнего лежит в интервале от 0,01 до 0,10 [157]). На основе анализа данных для промышленных каталитических процессов, приведенных в работе [157], принято Ье = 0,037. [c.75]

Анализ результатов, полученных с помощью квазигомогенных моделей, показывает, что разработка такого существенно нестационарного процесса, как окислительная регенерация катализатора, должна быть ориентирована на двухфазные модели, т.е. на раздельный учет материального и теплового балансов для твердой фазы (катализатора) и газового потока. Поэтому наиболее совершенные модели, используемые для расчета выжига кокса в слое катализатора, учитывают существование двух фаз и процессы диффузионного переноса [150, 162]. Неотъемлемой составной частью такой модели слоя является нестационарная диффузионная модель зерна катализатора, аналогичная (4.13). Переносы тепла и вещества в газовой фазе обычно рассматриваются либо в приближении идеального вытеснения [162], либо с учетом процессов диффузии [150]. Из сравнения результатов этих двух работ видно, что приближение идеального вытеснения является достаточно корректным описанием процессов переноса в газовой фазе. [c.84]

Численный анализ регенерации неподвижного адиабатического слоя катализатора с помощью описанной выще модели дал следующие результаты. Выжиг кокса на зерне в лобовом участке слоя при входных температурах 450-500 °С протекает практически в кинетической области. По мере удаления от входа в регенератор градиенты распределения коксовых отложений по радиусу зерна увеличиваются. Начиная с расстояния примерно Vs от входа в регенератор, на зерне катализатора начальной закоксованности 3% (масс.) и выше реализуется режим послойного горения практически для любых концентраций кислорода х 5% (об.). Изменение распределения коксовых отложений в процессе выжига по радиусу зерна диаметром 4 мм в центре неподвижного слоя катализатора длиной 2 м при начальных условиях < = 5% (масс.), = = 500 °С-приведено на рис. 4.5. [c.85]

Ранее говорилось, что система пор имеет сложный, хаотический характер, что затрудняет распространение результатов анализа процессов в единичной поре на зерно катализатора в целом. В связи с этим используется так называемая квазигомогенная модель зерна катализатора, которая заключается в следующем [c.39]

При более строгом анализе процесса на зерне необходимо учитывать скорость химической реакпии, т.е. использовать уравнения (4.22) и (4.23) или (4,25) и (4.26), а также массообмен-мевду потоком и гранулой катализатора." [c.94]

Приведем результаты анализа изотермического процесса в пористом дезактивируемом зерне катализатора для условий протекает необратимая мономолекулярная реакция первого порядка, все активные центры катализатора одинаковые, отношение скоростей превращения на дезактивируемом и свежем катализаторах равно доле неотравленной поверхности. В зависимости от степени влияния переноса веществ на скорость реакции и дезактивации различают следующие случаи. [c.67]

Анализ процесса на зерне катализатора [c.94]

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]

Тем не менее, даже приблизительная схема процесса в слое катализатора (рис. 4.3) включает довольно много составляющих, соответственно модель процесса будет довольно сложная, и ее анализ неоправданно усложнен. Для сложного объекта (процесса) используется специальный подход к построению модели, заключающийся в его разделении на ряд более простых операций, различающихся масштабом. Например, в каталитическом процессе выделяются реакция на поверхности зерна, процесс на одиночном зерне катализатора и процесс в слое катализатора. [c.93]

Процесс на отдельном зерне катализатора, размером несколько миллиметров, включает реакцию, представленную ее кинетической моделью, и перенос вещества и теплоты в порах зерна и между его наружной поверхностью и обтекающим потоком. Превращение на зерне определяется условиями протекания процесса — составом, температурой и скоростью обтекающего потока и не зависит от того, где созданы такие условия — в реакторе малого или большого размера, т.е. не зависит от масштаба всего процесса. Анализ полученной модели позволяет получить свойства процесса, например, скорости превращения в виде зависимости только от условий его протекания - наблюдаемую скорость превращения. [c.94]

Качественный анализ процесса в пористом зерне катализатора проведем для реакции первого порядка С) = -кС. Введем безразмерный радиус р = г/К г= рЛр) и относительную концентрацию у= С/ [c.139]

Анализ процесса в пористом зерне катализатора. Режимы процесса. Рассмотрим условия малого значения параметра ф. Из выражения (4.64) следует, что ф —> О при р = О и тогда ХО) = 1. т.е. концентрация в центре пластинки будет почти такая же, как на поверхности. Соответствующее этому распределение концентрации показано на рис. 4.28 линией /. Действительно, такое малое значение возможно. [c.141]

Качественный анализ модели процесса в пористом зерне катализатора проведем для реакции первого порядка w(Q = -кС. Введем безразмерный радиус р = г// о (г = р/ о) и относительную концентрацию у = С/Со (С = уСо). Уравнение [c.89]

Анализ процесса в пористом зерне катализатора. Режимы процесса. Из (2.110) с учетом выражений (2.108) можно получить при ф -> О т] -> 1. Действительно, [c.91]

Следующим уровнем построения модели процесса в неподвижном слое катализатора является описание процесса в слое. Одним из составляющих этого процесса является тепло- и массообмен мекду потоком и поверхностью зерен катализатора. Из анализа процессов внутри пористого зерна получаем зависимость наблюдаемой скорости реакции на зерне катализатора от температуры и концентрации реагентов на его поверхности. Процессы переноса характеризуются коэффициентами тепло- и массообмена (о з и Зз соответственна и процесс описывается алгебраическими уравнениями (2) из табл.З. [c.114]

В работе [5] рассмотрено применение этого уравнения для анализа процесса, протекающего в зерне катализатора. [c.56]

В ряде случаев оказывается необходимым применять катализаторы в виде крупных таблеток, и это сказывается на характере их дезактивации. Если механизм дезактивации связан с от--ложением компонентов реакционной смеси или примесей в сырье, то это приводит к блокировке пор с уменьшением внутренней поверхности катализатора. В экстремальных случаях возможно образование отложений и в свободном пространстве между таблетками, что в конечном итоге может привести к закупорке реактора. Использование крупных таблеток дезактивирующихся катализаторов оказывается выгодным в случаях, когда вначале дезактивируется ближайший к наружной части объем таблетки. То обстоятельство, что внутренняя часть зерна катализатора остается неизменной, уменьшает наблюдаемое влияние дезактивации. Поэтому анализ процессов дезактивации должен обязательно включать рассмотрение зависимости химических превращений от физических процессов и от структуры таблетки катализатора. Учет этих факторов позволяет определить оптимальные режимы эксплуатации реактора, для того чтобы минимизировать влияние дезактивации и оптимизировать процесс регенерации катализатора. [c.18]

Уровень малого объема. На этом уровне объектом описания является, например, процесс на одном зерне катализатора, или в пузырьке газа, поднимающемся в барботажном слое, и в обтекающей его жидкости, или на одном, элементе насадки в насадочной колонне, и т. д. Здесь закономерности предыдущего уровня уже недостаточны необходимо дополнить их закономерностями существенных в этом масштабе процессов тепло- и массопереноса. Анализ кинетических закономерностей в условиях одновременного протекания процессов переноса — предмет научного направления, называемого макрокинетикой [16, 18]. [c.34]

Работа зерна катализатора в неизотермическом режиме. Анализ процесса на пористом катализаторе с учетом выделения (поглощения) тепла сложен. Приходится совместно решать уравнения [c.213]

На уровне малого объема описывается протекание гетерогенных процессов для малого объема взаимодействующих фаз, например для частицы твердого материала, реагирующего с газом или жидкостью, зерна катализатора, пузырька газа, поднимающегося в жидкости, капли жидкости, омываемой газом и др. Необходимость рассмотрения процессов на этом уровне связана с тем, что для анализа и расчета гетерогенных процессов знания закономерностей протекания только химических реакций в большинстве случаев недостаточно. Эти закономерности необходимо дополнить закономерностями протекания физических процессов переноса массы и теплоты. Совместное протекание химических реакций и процессов переноса теплоты и массы описывается закономерностями макрокинетики. [c.35]

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]

В связи с этим необходим анализ возможных разогревов зерна катализатора при регенерации. Такой анализ приведен в главе 6. Очевидна также. нео бходамость изучения процессов превращения вещества и тепла на единичном зерне, чему посвящены главы 3 и 4. Подчеркиваем также, что анализ устойчивости требует определения как коэффициентов тепло- и массопереноса, так и предэкспоненциальных множителей и энергий активации химических реакций. [c.18]

Качественный [16] и численный анализ [17, 18] позволил оценить области несущественного влияния различных параметров, определяюищх процессы на зерне катализатора. Так, внутренний массонеренос не оказывает практического влияния на переходные режимы в зерне катализатора, если одновременно выполняются условия [c.9]

На уровне зерна катализатора необходима доработка созданной модели с целью учета существенной нестационарности процесса теплопереноса по радиусу зерна. Важен тщательный анализ динамики выжига кокса, на зерне, особенно в начальный, переходный период. И только на основе такого анализа нужно определить, при каких условиях выжига кокса зерно можно рассматривать изотермичнь , а возможно, и кв 1зи-стационарным по тепловому балансу. [c.97]

При одноврекЕнном протекании в зерне катализатора химических превращений и массопереноса в нем возникают градиенты концентраций и температур. При анализе процессов используются капиллярная, квази-гомогенная и глобулярная модели пористого тела / -45/. С точки зрения описания процесса все эти модели идентичны. Мы будем пользоваться квазигомогенной моделью. [c.69]

Проблемы интенси( )икации химических процессов привлекают в последнее время всеобщее внимание. Один из методов интенсификации промышленных процессов заключается в целенаправленной организации химических процессов, которая обеспечивает заданную производительность с высокой селективностью. Под целенаправленной организацией мы понимаем такие воздействия на процесс, на всех уровнях иерархии ( химическая реакция, зерно катализатора, межфазный тепло- и массоперенос, гидродинамика потока ), которые приводят к достижению наиболее эффективных режимов работы реакторного оборудования. Анализируются условия возникновения множественности стационарных состояний в фазовом пространстве и возможности смещения стационарных точек по фазовому пространству варьированием условий проведения каталитического процесса в адиабатическом реакторе. Проводится анализ химически реагирующей среды в зерне катализатора и реакторе с целью вывода уравнений, которые существенно упрощают как вычисление температурных и концентрационных профилей, так и процедуру установления областей множественности стационарных состояний. [c.108]

Отмеченные выше преимущества М I позволили нам принять её за основу дальнейших расчетов процесса гидрообессеривания деасфалыированных остатков, в частности при разработке математической модели отравления зерна катализатора, хотя в отличие от М 1У в ней содержится на одну константу больше ( ), для экспериментального уточнения которой требуется детализированный анализ группового состава сернистых соединений,входящих в различные группы углеводороде , как исходного сырья, так и продуктов. [c.55]

Наибольший интерес представляют данные микрорантгеноспек-трального анализа, позволяющие оценить характер протекающих процессов внутри единичного зерна катализатора. [c.83]

В заключение отметим, что влияние на макрокинетику процесса внешней диффузии реагентов из ядра потока к наружной поверхности зерна катализатора в изотермических условиях в большинстве случаев незначительно. Несложный анализ показывает, что внешний перепад концентраций реагентов может стать сравнимым с перепадом концентрации внутри зерна только при > 1. Более сильное влияние оказывает внешнее сопротивление теплоотводу. Для сильно экзотермических реакций это влияние может быть суш ествен-ным уже при сравнительно небольших значениях Т, когда внешнедиффузионное сопротивление еще не оказывает заметного влияния [c.177]

При анализе процесса на крупногранулированном цеолитсодержащем катализаторе, принимая во внимание наличие двух каталитических систем (матрица и наполнитель), различающихся активностью и пористой структурой, традиционные методы расчета транспорт -ных явлений в зерне оказываются неприменимыми [55 -573, Известно, [58], что большинство исследователей различных процессор рассматривают пористую струк -туру зерна как неоднородно равномерную и представ -ляют модель как квазигомогенную, относя константу скорости к единице объема и пользуясь понятием эффективного коэффициента диффузии. Модель зерна цеолитсодержащего катализатора требует [56,57]усложнения с учетом того, что общую пористость зерна следует рассматривать как сумму долей свободных объе -MOB, приходящихся на долю матрицы и наполнителя. Принимая, что матрица и наполнитель являются однородно-пористыми и диффузия в порах протекает по кнудсеновскому механизму, авторы работы [57] приходят к выводу, что при соотношении долей свободных объемов матрицы и наполнителя, близком к 15j диффузионный поток в порах матрицы должен превышать поток в порах наполнителя приблизительно в 60 раз, а также к тому, что общий подвод вещества к внутрен -ней поверхности цеолитсодержащего катализатора определяется транспортом вещества в порах матрицы. [c.35]

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]

Однако Я. Б. Зельдовичу удалось предложить чрезвычайно простую схему процесса, позволяющую легко провести анализ. Это псее-догомогенная модель зерна катализатора, по которой оно рассматривается не как сложная система пор, а как некоторая сплошная неподвижная среда, внутрь которой идет диффузия с некоторым эффективным коэффициентом Д и в которой проходит реакция с эффективным коэффициентом скорости к. При этом ) и к считаются неизменными от точки к точке (это и означает псевдогомогенность). [c.109]

Положение с диффузионным торможением дополнительно осложняется при переходе от однокомпонентного цеолита к двухкомпонентной системе цеолит — матрица. Одна из важнейших функций матрицы должна состоять в обеспечении транспорта вещества к цеолитному компоненту, равномерно распределенному в массе аморфного материала. Исходя из предположения, что зерно цеолитсодержащего катализатора представляет собой систему, состоящую из бидисперсной матрицы с ветвящимися модельными порами и цеолитного компонента, являющегося точечным источником поглощения сырья, выполнен анализ влияния пористой структуры и размера зерна катализатора на показатели процесса каталитического крекинга [401. Установлена возможность значительного роста производительности зерна цеолит- [c.76]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология