Пористое зерно катализатора

Теплопередача внутри пористого зерна катализатора определяется некоторым эффективным коэффициентом теплопроводности так же, как диффузия — эффективным коэффициентом диффузии данного вещества. Конечно, неренос тепла идет в основном через твердую фазу, в то время как перенос вещества — только через норы. Вопрос о том, как связана эффективная теплопроводность со структурой пор и свойствами твердой фазы, обсуждается в главе 5 книги Петерсена (см. библиографию, стр. 147) здесь мы только отметим, что коэффициент теплопроводности может быть определен таким образом, что тепловой поток через единичную площадку внутри частицы будет пропорционален градиенту температуры по направлению нормали к этой площадке с коаффициентом пропорциональности к . [c.142]

Рис. 5.2. Структурная схема математической модели пористого зерна катализатора

Рис. У1П-18. Модель круглого пористого зерна катализатора.

До сих пор мы не затрагивали эффектов, связанных с образованием перепада температур между ядром потока и внешней поверхностью частицы, а также внутри самого пористого зерна катализатора. [c.141]

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]

В. Г. Л е в и ч, Ю. И. X а р к а ц, Ю. А. Ч и з м а д ж е в, О работе пористого зерна катализатора при реакции дробного порядка в неизотермическом случае, ДАН СССР, 167, 147 (1966). [c.148]

Области гетерогенного реагирования. Рассмотрим мономо — лекулярную необратимую реакцию на однородной поверхности Н пористого зерна катализатора. Пусть адсорбция (хемосорбция) реактанта на активной поверхности следует закону Генри, то есть реакция имеет первый порядок по поверхностной концентрации С , то есть [c.96]

Изотермическая реакция. Исследуем теперь условия протекания реакции (III.41) в пористом зерне катализатора. Если скорость химической "реакции в единице объема пористой частицы равна г(С, Т), то распределение концентрации Q любого вещества внутри частицы произвольной формы определяется решением системы дифференциальных уравнений [c.121]

На рис. 5.2 представлена схема второго уровня математической модели реактора — модель явлений, происходящих на пористом зерне катализатора. Входными характеристиками блока являются вектор концентраций Свх и температура Твх в свободном объеме слоя, а выходными — вектор потоков различных ком. понентов реакционной смеси Qs и поток тепла через наружную поверхность отдельного зерна. Модель состоит из трех взаимосвязанных частей (обведены пунктиром) / — элемент массоемкости II — элемент теплоемкости III — кинетическая модель, представляющая первый уровень модели реактора в целом. В частях [c.221]

Исследуем теперь решение системы уравнений материального и теплового балансов экзотермической реакции па пористом зерне катализатора [c.130]

УСТОЙЧИВОСТЬ РЕАКЦИИ НА ПОРИСТОМ ЗЕРНЕ КАТАЛИЗАТОРА [c.358]

Точки ветвления. Рассмотрим реакцию на пористом зерне катализатора. Если сопротивлением массо- и теплопередаче на внешнюю поверхность частицы можно пренебречь, то система стационарных уравнений всегда может быть сведена (см. раздел 111.4) к единственному уравнению для безразмерной температуры 0 [c.358]

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]

Влияние теплопередачи также может быть существенным. Рассмотрим, например, экзотермическую реакцию, протекающую на внутренней поверхности пористого зерна катализатора. Реагирующие вещества должны продиффундировать внутрь зерна, а конечные продукты — из него. Если реакция происходит быстро и тепло не успевает достаточно быстро отводиться, то внутри зерна температура возрастет и скорость реакции увеличится. [c.23]

Вторым уровнем для реактора с неподвижным слоем является модель процесса на одном пористом зерне катализатора. Составные части указанной модели представляют собой стадии переноса вещества и тепла внутри зерен катализатора и химического превращения на активной поверхности. Связи между стадиями описываются уравнениями материального и теплового балансов. Третьим уровнем служит модель в элементе неподвижного слоя с учетом процессов [c.464]

Аналогично выражению (1) можно записать неравенство, выполнение которого будет определять область несущественного влияния того илп иного фактора, например эффективной диффузии или теплопроводности внутри пористого зерна катализатора, на нестационарный и в частном случае на стационарный режим. Что касается исследования близости решений щ и Um в окрестности начальных точек для сингулярно возмущенных систем, то выбор начальных условий, являющихся решением стационарной задачи, позволяет избежать рассмотрения временного пограничного слоя и сращивания внешнего и внутреннего асимптотических разложений [13]. [c.8]

Матрос Ю. Ш., Кириллов В. А. Нестационарные процессы в пористом зерне катализатора с бидисперсной структурой.—Управляемые системы, Новосибирск, 1970, вып. 7, с. 70—77. [c.23]

Матрос Ю. Ш., Кириллов В. А., Гаевой В. П. Исследование переходных режимов на пористом зерне катализатора.— Управляемые системы, Новосибирск, 1970, вып. 4-5, с. 123—130. [c.23]

Оптимальное периодическое управление температурой на входе адиабатического слоя катализатора. Предположим, что для описания нестационарного процесса в слое можно а) пренебречь продольным переносом тепла и вещества в газовой фазе за счет эффективной продольной теплопроводности и диффузии б) внутри пористого зерна катализатора практически отсутствуют градиенты температур в) можно не учитывать тепло- и массоемкость зерна и свободного объема слоя, так как будут рассматриваться процессы с характерными временами, гораздо большими, чем масштабы времени переходных режимов в газовой фазе теплообмен на границах слоя несуществен. Тогда в безразмерном виде математическую модель нестационарного процесса в слое можно записать так [c.132]

Для модели каталитического процесса, состоящего из экзотермической реакции 1-го порядка на пористом зерне катализатора [c.99]

Расчеты температурных и концентрированных полей в адиабатическом слое катализатора выполнялись по двум. моделям а) двухфазная модель адиабатического слоя, учитывающая процессы конвективного переноса тепла и массы газовым потоком, массо- и теплообмен между наружной поверхностью зерен катализатора и газовым потокам, продольный перенос тепла по скелету слоя [5] б) модель, учитывающая процессы переноса тепла и вещества внутри пористого зерна катализатора (3.22). [c.212]

Второй уровень модели реактора — математическое описание процессов на одном пористом зерне катализатора — включает в себя как составную часть модель нестационарных процессов на внутренней поверхности катализатора с учетом воздействия реакционной среды на состав, структуру и свойства катализатора. Как и обсуждалось в гл. 1, математическая модель такого нестационарного процесса — это система алгебраических, дифференциальных и интегро-дифференциальных уравнений, отражающих состояние катализатора в любой момент времени в зависимости от изменяющегося во времени состава, температуры и давления газовой фазы она определяет (в конечном счете) наблюдаемые скорости расходования и образования различных компонентов газовой фазы. [c.66]

Если, например, транспорт вещества и тепла внутри пористого зерна катализатора происходит достаточно быстро, так что можно не учитывать наличия градиентов внутри зерна, и, кроме того, внешний тепло- и массообмен достаточно интенсивен, что имеет место, если выполняется неравенство [c.76]

Определенный интерес представляет идея периодического изменения давления на входе в реактор. Это в общем случае может приводить к интенсификации процессов внутреннего переноса вещества и снижению (в среднем) внутридиффузионного торможения 6]. Однако для практической реализации таких процессов, по-видимому, потребуется значительные изменения давления, соизмеримые по продолжительности с масштабом времени изменения концентрации внутри пористого зерна катализатора. А это очень малое время, исчисляемое секундами. [c.126]

В пористых зернах катализатора реакция протекает на внешней поверхности и, главным образом, на стенках пор внутри зерен. Общий процесс массопередачи складывается из ряда последовательных стадий [c.52]

Рис. 36. Профиль концентрации в пористом зерне катализатора

Повышение концентрации продукта, как правило, тормозит общую скорость реакции, так как при этом сдвигается адсорбционное равновесие и увеличивается поверхность катализатора, занятая продуктом. При катализе на пористых зернах катализатора возрастание концентрации продукта увеличивает внутри- и внешнедиффузионное торможение. Сильное повышение концентрации продукта в некоторых реакциях приводит к отравлению катализатора. Однако в автокаталитических процессах появление продукта и рост его концентрации ускоряет реакцию. [c.86]

Предположим, что температура постоянна по всему объему пористого зерна катализатора. Структура пор зерна очень сложна и может быть описана только статистически. Поры — это извилистые пересекающиеся ходы различного размера. Если считать их цилиндрическими, то можно говорить о распределении размера пор, понимая под ним долю порового пространства, приходящуюся на поры с диаметром, лежащим внутри данного интервала. Это распределение определяется путем прецизионных адсорбционных измерений и в некоторых случаях (например, когда таблетки катализатора прессуются из мелких пористых частиц) оказывается, что в катализаторе имеются два класса пор резко различного размера. Так, в частицах глинозема, исследованных Ротфельдом и Ватсоном, имеется одна группа пор с диаметром — 1,25 жк и другая — с диаметром [c.130]

При одновременном протекании в пористом зерне катализатора тшических реакций и процессов массо- и теплопереноса в нем возникают градиенты температур и концентраций, т. е. концентрации реагентов и температура смеси изменяются по глубине зерна и отличаются от их значений на поверхности. Скорость же превращения в аппарате обычно определяют при значениях переменных на поверхности катализатора. А для учета внутри-диффузионных эффектов вводится вспомогательная функция т], которая носит название фактора эффективности, или степени использования внутренней поверхности зерна катализатора, и определяется отношением [c.158]

Диффузионный путь любой протяженности изображается набором стандартных диффузионных топологических единиц (см. рис. 5.7), где Т — нсевдоэнергетический транспортный элемент, характеризующий скорость диффузии. Пусть г— радиус пористого зерна катализатора, разобьем его на N шаровых слоев толщиной гШ, причем разбиение не обязательно равномерно. Пусть выполняются условия квазигомогенностиу пористой среды и изо-термичностп процесса. В этом простейшем случае диаграмма взаимосвязи каталитической реакции и диффузии в шаровом слое зерна катализатора примет вид, изображенный на рис. 5.8. [c.227]

Рис. 5.10. Диаграмма диффузионнохимического процесса в пористом зерне катализатора

Диффузионное торможение процесса обычно сопровонедается и затруднениями с отводом тепла реакции, ведущими к появлению перепадов температуры внутри пористого зерна катализатора и между поверхностью частицы и ядром потока. Реальные кинетические закономерности каталитического процесса определяются как истинной кинетикой реакции на активной поверхности, так и условиями массо- и теплопереноса их изучение составляет предмет макрокинетики химических процессов. [c.98]

Задача расчета макроскопической скорости такого процесса па пористом зерне катализатора математически очень слоркна и, по-видимому, не может быть решена аналитически даже в простейших случаях. Численные результаты были получены в работах [28]. [c.149]

Здесь введены следующие обозначения Ск, Ср — теплоемкости катализатора и потока ек, е — пористости зерна катализатора и слоя Хк, Яс2, X R, Xfz, Ярн — коэффициенты температуронроводно-сти зерна катализатора, скелета катализатора и потока Dk, Dfz, DpB — коэффициенты диффузии в зерне катализатора и в потоке акр, O.KW, 2, O.FW — коэффициенты теплообмена между катализатором и потоком, холодильником и входным потоком и между потоком и холодильником — коэффициент массообмена между зерном катализатора п потоком R , Ra, L — радиус зерна, радиус и длина аппарата VF(Г, Z) — скорость химической реакции Q — тепловой эффект реакции к — константа скорости реакции Ё — энергия активации Д — газовая постоянная и — скорость потока. [c.129]

Математическое описание процессов в адиабатическом слое катализатора имеет вид (3.26) — (3.31), если выполнены следующие предноложения а) градиенты температур внутри зерен катализатора незначительны б) химические процессы на внутренней поверхности зерен катализатора и диффузионные процессы внутри пористого зерна катализатора квазистационарны по отношению к процессам переноса в газовой фазе в) в реакторе протекает одна экзотермическая реакция типа А В без изменения объема. [c.81]

Как уже отмечалось, при больших размерах зерен катализатора, больших скоростях химической реакции, высоком адиабатическом разогреве с.л1ееи возможны ситуации, когда необходимо учитывать процессы переноса внутри пористого зерна катализатора. Это может произойти, например, тогда, когда нарушаются условия (3.10) —(3.11). Существенное влияние на характеристики фронта может оказывать и величина теплопроводности скелета слоя катализатора с увеличе1нием значения максимальная температура во фронте уменьшается. Также уменьшается и скорость движения фронта. [c.93]

Механизм каталитического процесса , как было отмечено ранее, слагается из массообменпых и химических стадий. Так, при каталитическом синтезе по модели А+В+ 1К] -> АВ - - [К] на пористых зернах катализатора молекулы газов проходят следующие типичные стадии [c.68]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология