Параметры математических моделей процесса в слое катализатора

Параметры математических моделей процесса в слое катализатора [c.107]

Для расчета параметров математических моделей процесса в слое катализатора в безразмерном виде (см. табл. 3.2) и, следовательно, самого процесса необходимо знать геометрические размеры слоя и зерен катализатора, скорость, температуру и концентрации реагентов в потоке на входе в слой, кинетические и термохимические данные реакции, физико-химические свойства веществ, эффективные параметры переноса тепла и вещества. Последние определяют экспериментально. Не приводя многочисленные работы, в которых описаны результаты прямых измерений, теоретические обоснования и формулы для расчета коэффициентов, сошлемся на обзоры литературных данных [151-153] и отметим только публикации, в которых имеются исходные данные, позволяющие, как показал опыт моделирования многих промышленных процессов, предсказать их показатели. [c.107]

В общ,ую процедуру принятия решений при оптимизации пористой структуры катализатора, рассмотренную в разд. 3.1, входит в качестве обязательного этапа составление математической модели гетерогенно-каталитического процесса на зерне катализатора и идентификация ее параметров. Эта модель должна отражать как геометрические характеристики структуры зерна, так и важнейшие особенности собственно физико-химических процессов, протекаюш,их в нем. Для наглядности представления последних удобно мысленно выделить фиксированную группу молекул исходных веществ, которая участвует в ряде последовательных физико-химических стадий суммарного контактного процесса на зерне катализатора 1) перенос исходных веществ из реакционной смеси к внешней поверхности частиц катализатора 2) перенос исходных веществ от внешней поверхности частиц катализатора к их внутренней поверхности 3) адсорбция исходных веществ на активных центрах катализатора 4) реакция между адсорбированными исходными веществами и перегруппировка адсорбционного слоя 5) десорбция продуктов реакции 6) перенос продуктов реакции от внутренней поверхности частиц катализатора к их внешней поверхности 7) перенос продуктов реакции от внешней поверхности катализатора в объем реакционной смеси. [c.149]

Анализ функционирования сернокислотных систем и типовых, процессов химической технологии показал, что основную неопределенность в рассматриваемом производстве вносят расход воздуха на входе в систему, концентрация диоксида серы на входе в контактно-абсорбционное отделение, активность катализатора на слоях контактной массы и величины коэффициентов теплопередачи в теплообменниках. Неопределенность этих параметров вызвана как чисто технологическими и физическими явлениями, так и неточностью математических моделей. [c.273]

К основным типам моделей относятся физические и математические. В ходе физического моделирования создаются установки,, сохраняющие в той или иной степени физическую природу изучаемого явления физические модели обычно сходны с оригиналами и по геометрической форме, а отличаются от него лишь значениями параметров. Физическое моделирование является одним из основных методов моделирования химико-технологических процессов, особенно таких сложных процессов, как каталитическая реакция во взвешенном (кипящем) слое катализатора. Физическое моделирование незаменимо также при моделировании геометрии промышленных реакторов и протекающих в них гидродинамических процессов. При этом связь между параметрами системы обычно установлена лишь функционально и определяется эмпирически. [c.321]

Составлена математическая модель [44] расчета на ЭВМ параметров, влияющих на кинетику протекающего внутри зерна процесса распределения концентраций, скорости реакции и степени использования внутренней поверхности катализатора. Эффективность каталитического процесса определяется не только свойствами самого катализатора, но и способом его-применения в виде неподвижного (фильтрующего) слоя, взвешенного (кипящего), движущегося (восходящего и нисходящего). Несмотря на то что в промышленности доминирует первый способ, преимущества кипящего слоя катализатора (КСК), особенно при высокой механической прочности частиц, очевидны. [c.90]

Математическая модель фронта химической реакцвн. Теоретические работы, посвященные исследованию процесса распространения реакционной зоны по неподвижному слою катализатора, можно условно разделить на две группы. Первая содержит численный анализ соответствующих систем дифференциальных уравнений. Некоторые результаты в этом направлении получены в работе [5], где исследована квазигомогенная модель, представляющая слой как изотропную и однородную среду, и в [6], где авторы изучали процесс распространения реакционной зоны, пользуясь двухфазной моделью неподвижного слоя катализатора с учетом продольной теплопроводности в твердой фазе. Достаточно подробный численный анализ содержится в работе [7], в которой двухфазная модель была дополнена составляющими кондуктивного переноса в газовой фазе и получено, что в пространстве параметров системы, таких как линейная скорость, коэффициент эффек1 ив пой продольной теплопроводности твердой фазы, входные концентрация и температура газа, существует область их значений, в которой скорость распространения фронта равна нулю. Описанный эффект, во всяком случае, до сих пор не получил экспериментального подтверждения. Следует, однако, отметить, что анализ фронта реакции численными методами производился в ограниченном слое катализатора, в то время как само понятие фронта реакции имеет асимптотический характер и, строго говоря, его можно рассматривать лишь в слое катализатора бесконечной длины. Поэтому делать заключения [c.79]

При построении математической модели процесса конверсии окиси углерода авторы [1,2] делают допущение о постоянстве физико-химиче-ских свойств катализатора во времени, используя кинетические характеристики, входящие в уравнение Аррениуса, полученные в лабораторных условиях для свежего катализатора (как, например, в работе [3]). Ранее [4] для учета изменений энергии активации при переходе от лабораторных реакторов к промышленным предлагалось, используя зависимость степени конверсии от высоты слоя полочного конвертора, путем дифференцирования находить скорость реакции ио слою и, учитывая уравнение кинетики, рассчитывать энергию активации, предэкспоненту и константу скорости. Аналогично определяются мак-рокинетические параметры процесса окисления сернистого газа в работе [5]. [c.111]

Помимо описанных моделей процессов, иротекающ,их в реакторах со стационарным слоем катализатора и двухфазным потоком таза и жидкости, разработаны и другие математические модели [42—46], а также упрогценные подходы [18,19,21,47], позволяю-ш,ие исследовать влияние различных переменных на показатели протекания гетерогенно-каталитических процессов и проводить расчеты технологических и конструкционных параметров, а также оптимизацию каталитических реакторов. [c.239]

Так, например, расход воздуха на входе в турбокомпрессор-ное отделение в зависимости от условий работы системы может колебаться в пределах от 70 до 115% от своего номинального значения. Изменения качества сырья и неравномерность его подачи в камеру сгорания приводят к возникновению неопределенности в расходе серы на входе в печное отделение. В свою очередь, этот факт совместно с колебаниями в режиме работы самой печи сжигания серы вызывает неопределенность концентрации диоксида серы на входе в контактно-абсорбционное отделение в пределах 1—1,5%. В реакционной смеси, подаваемой на слои контактной массы, неизбежно содержатся примеси веществ, отравляющих катализатор и снижающих его активность. Состав этих примесей и их количество постоянно меняются в процессе функционирования системы. В силу этих причин активность катализатора также не может быть представлена детерминированной величиной и должна рассматриваться в качестве неопределенного параметра. В ходе эксплуатации системы на теплопередающей поверхности аппаратов образуется слой загрязнений, что приводит к необходимости учета неопределенности по коэффициентам теп.попере-дачп. Дополнительную неопределенность в значении коэффициентов теплопередачи вносит неточность его расчета по соответствующим уравнениям математической модели (см. табл. 6.1). [c.273]

Нестапионарность катализатора. Под воздействием изменяющегося состава реакционной среды катализатор не остается неизменным. Помимо химических стадий взаимодействия реагирующих веществ имеют место физические процессы на поверхности (перенос реагирующих веществ между различными центрами, поверхностная диффузия адсорбированных атомов и молекул, растворение и диффузня в твердом теле веществ — участников реакции, структурные и фазовые превращения) [30, 31, 32]. Не-стационарность состава катализатора весьма своеобразно ирояв-ляется в кипящем слое, где частицы непрерывно перемещаются в поле переменных концеитрации. При этом каждая частица в отдельности непрерывно изменяет свои каталитические свойства, никогда не приходя в равновесне с окружающей реакционной средой. Хотя усредненные за достаточно большой период времени свойства катализатора остаются неизменными и реактор в целом работает стационарно, его выходные характеристики могут существенно отличаться от рассчитанных с исиользованием стационарных кинетических уравнений. Для построения нестационарной кинетики каталитического процесса необходимо выявить параметры состояния катализатора, определяющие скорость реакции, закономерности их изменения под воздействием реакционной смеси, разработать методы измерения пли расчета этих параметров в ходе нестационарного эксперимента. Не меньшие трудности возникают при разработке и решении математической модели, отражающей изменение параметров состояния по глубине пленки активной массы в зерне, случайно перемещающемся по высоте слоя. [c.62]

Создание единой для большого числа процессов и аппаратов математической модели, отражающей физическую сущность явления, невозможно без выявления истинных закономерностей осуществляемых физико-химических превращений. Вместо подгонки диффузионных моделей с эффективными, т. е. дающими похожий на конечный результат ответ, коэффициентами под единичные эксперименты, надо направить усилия на изучение определяющих этот комплексный ответ отдельных факторов, таких как структура слоя катализатора, глобальная и локальная гидродинамика смеси, тепло- и массоперенос, кинетика гетерогенных химических реакций. Основу этого изучения по каждому из указанных разделов должно составлять целенаправленное экспериментальное обследование во всем интересном для практических приложений диапазоне изменения определяющих параметров с последующей фиксацией физических закономерностей или критериев нодобпя исследуемого яв.пения. На первом этапе изучения отдельных влияющих па работу химических реакторов факторов, кроме изучения кинетики химических реакций, остается реальной идея физического, в том числе и масштабного, моделирования с применением вычислительной техники, при этом должно быть обеспечено соответствие теоретических моделей экспериментальным данным. На втором этапе описания работы химических реакторов общая математическая модель будет получена сложением отдельных составляющих процесса. Основным будет выбор частных видов общей модели, отвечающих конкретным практическим случаям, и их численный расчет с учетом всех влияющих факторов. [c.53]

В работе [30] исследовалось влияние на процесс температуры, величины пробы, скорости газа-носителя, частоты ввода. Полученные результаты качественно совпадают с выводами работы Рогинского и Розенталя [29] для случая последовательного запуска большого числа импульсов в реактор. Типичные каталитические хроматограммы для этого случая представлены на рис. .23. Видно, что наряду с пиком непрореагировавшего циклогексана на хроматограмме появляется также пик циклогексана, образовавшегося в результате того, что водород из последующего запуска догоняет бензол из предыдущего и гидрирует его. Очевидно, что частота запуска должна быть подобрана так, чтобы свести к минимуму повторное образование циклогексана. Хроматографические эффекты могут быть, по-видимому, значительно больше, однако рациональный выбор оптимальных параметров можно будет сделать после математического анализа реальной модели. Частота импульса, очевидно, могла бы быть увеличена, если бы удалось ускорить прохождение продукта реакции по слою катализатора. Авторы показали, что при предварительной обработке А12О3 10%-ным раствором КОН в метаноле время удерживания бензола уменьшается и пик становится менее размытым (рис. .24). Катализатор при этом не уменьшает своей активности. [c.232]