Модели структуры катализаторов

МОДЕЛИ СТРУКТУРЫ КАТАЛИЗАТОРОВ [c.64]

Изучение различных моделей структуры катализаторов, а также возможности сознательного управления пористостью чрезвычайно важно, так как именно соответствующая структура в совокупности с определенным химическим составом могут обеспечить максимальную активность контактов. [c.63]

МОДЕЛИ СТРУКТУРЫ КАТАЛИЗАТОРОВ Моно И бидисперсные структуры [c.69]

Кроме рассмотренных, известны и другие модели структуры потоков, предложенные для специальных случаев. Так, применительно к псевдоожиженному слою разработана и исследована [68] двухфазная модель с поршневым течением фаз и обменом между ними. Для реакторов с неподвижным слоем катализатора предложена [69, 70] модель структуры потока, по которой неподвижный слой представляет собой ряд параллельных диффузионных каналов с различной степенью перемешивания и с примыкаю- [c.30]

Нерегулярная стохастическая пористая структура катализатора представляется в виде статистических ансамблей взаимосвязанных структурных элементов. Это позволяет применять иерархический принцип построения математических моделей физико-химических процессов в пористых средах. Каждый уровень иерархии предполагает выбор своей модели процесса, наиболее адекватно отражающей особенности его протекания. [c.141]

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]

Возникает необходимость в более совершенных подходах к идентификации параметров пористой структуры катализаторов, установлению адекватных кинетических моделей адсорбции, определению оптимальных условий протекания процесса на зерне катализатора. Более совершенная стратегия принятия решений ориентирована на применение современных принципов автоматизации научных исследований в катализе, в частности на использование универсальной автоматизированной комбинированной установки для изучения свойств адсорбентов и катализаторов, рассматриваемых в гл. 4. [c.163]

Двухфазная модель реакторов с зернистым слоем. До сих пор часто в математической модели реакторов члены уравнений материального и теплового балансов, выражающие скорость химических реакций, аппроксимируются уравнениями формальной химической кинетики с некоторыми эффективными значениями кинетических констант. Недостатками такого приближения, во-первых, является то, что эффективные константы должны определяться для каждого размера зерна и каждой структуры катализатора, а, во-вторых, в этом случае модель обладает слабой экстраполирующей способностью, особенно для быстрых и сильно экзотермических реакций, где велика роль процессов переноса. [c.291]

Расчет реакторов с твердым катализатором проводится в несколько этапов. Во-первых, устанавливаются модели пористой структуры зерна катализатора, кинетики адсорбции и модель зерна катализатора в целом. Идентификация моделей структуры зерна и адсорбции реагентов проводится вариационными методами по кривым отклика на последовательно планируемые возмущения индикатором. Эти методы используют в своей основе статистические процедуры проверки гипотез. Объединение моделей пористой структуры, кинетической и адсорбционной позволяет построить модель зерна, по которой на основе конечно-разностных или кол-локационных методов вычисляются длительности установления стационарных состояний и их возможное число, определяется характер формирования отдельных стационарных состояний и их устойчивость. [c.84]

Математические модели пористой структуры катализатора [c.546]

Математическая модель третьего уровня — элемента неподвижного слоя катализатора — входит как составная и неизменная часть в модель слоя катализатора в целом, где учитываются условия на входе и выходе из реакционного объема, распределенный отвод или подвод тепла к слою, случайный характер внутренней структуры слоя, наличие пространственных неоднородностей как на границах слоя катализатора, так и внутри его и др. [c.66]

Пористый катализатор изготовляют из мелких частичек склеиванием, слипанием, спеканием или из массивного материала, из которого удаляют продукты разложения, в результате чего образуются пустоты, каналы и полости. Размеры элементов пористой структуры составляют от десятков до десятков тысяч ангстремов, а размеры зерен - миллиметры, т.е. зерно катализатора содержит 10 - 1014 мелких частиц. Поэтому можно применить общие статистические подходы к описанию процессов и рассматривать катализатор как квазигомогенную среду, где вещество превращается со скоростью ь/, моль/см с и переносится диффузией с эффективным коэффициентом Озф. Это квазигомогенная модель зерна катализатора, которая представлена уравнением диффузии с источниками вещества [c.32]

Обоснование представления сложной пористой структуры катализатора в виде сплошной (квазигомогенной) среды позволяет перейти к построению математической модели процесса в пористом зерне катализатора. Рассматриваем процесс при интенсивном внешнем переносе (в этом случае последним можно пренебречь) и сначала проследим основные особенности процесса на зерне катализатора простой формы — в виде пластинки толщиной 2Лд, омываемой с двух противоположных сторон потоком с концентрацией реагента Сц (рис. 4.26). Торцевые стороны пластинки запечатаны , так что реагент проникает внутрь катализатора только через боковые грани площадью каждая. Процесс протекает симметрично относительно плоскости, проходящей в середине между омываемыми гранями (плоскость симметрии показана штрих-пунктирной линией на рис. 4.26). Реагенты диффундируют внутрь пористой пластинки и в ней реагируют, вследствие чего их концентрация уменьшается к центру, как показано в нижней части рис. 4.26. Учитывая симметричность процесса, его математическую модель строим только для одной половины плоского зерна. [c.137]

Модель монодисперсного катализатора идеализирует глобулярную структуру. Для получения количественных соотношений, связываюш,их отдельные ее параметры между собой, принимают все глобулы равновеликими. [c.65]

В огромном числе публикаций приводятся данные об удельной поверхности, объеме и размере пор и их распределении для многих адсорбентов и катализаторов. Характеристика дисперсных и пористых тел через численные значения этих параметров, введенная несколько десятилетий назад, сыграла свою положительную роль и во многих случаях дала возможность четко разделить влияние геометрии и химии поверхности на поведение адсорбентов и катализаторов. Однако известная формальность такой характеристики ограничивает дальнейшее развитие науки о дисперсных и пористых телах и ее приложений. Эту формальность усиливает почти исключительное применение лишь одной модели цилиндрических пор. С позиций такого описания трудно понять механизм образования пористости в том или ином конкретном случае, а значит и построить теорию направленного синтеза пористых тел также трудно понять механизм старения и изменений, вызванных разного рода воздействиями (химическими, механическими, термическими и гидротермальными). Теория прочности дисперсных материалов не может быть создана без данных об их строении. Определение оптимальной пористости структуры катализаторов и ее реализация в промышленных процессах также требуют точных знаний о геометрии пористого тела. [c.7]

Рис 3. Модель структуры смешанного катализатора [c.61]

Как известно, химическая активность активной оставляющей катализатора — необходимое, но недостаточное его свойство, поскольку для получения практически эффективного катализатора нужно придать ему такую пористую структуру (лучше пользоваться термином текстура ), которая бы обеспечила реализацию потенциальных химических возможностей катализатора. На основе современных представлений о макрокинетике гетерогенно-каталитических процессов й моделей текстуры катализаторов можно, при знании структуры кинетических уравнений процесса и значения кинетических констант, достаточно точно рассчитать приемлемую или даже оптимальную текстуру катализатора. Однако на первом этане исследований, а тем более при расчетах по прогнозированию, до проведения экспериментальных работ указанные кинетические данные, естественно, неизвестны. Выход заключается в поэтапном проведении исследований. На первом этапе прогнозируется химический состав катализатора, на втором по данным первого этапа и по имеющимся аналогиям оцениваются весьма приближенно скорости реакции и делаются качественные выводы о целесообразной текстуре катали- [c.6]

Рассмотрим основные этапы решения задачи оптимизации пористой структуры катализатора, используя теоретические представления о макрокинетике гетерогенно-каталитических реакций. При решении задачи о распределении реагентов в зерне катализатора и определении скорости реакции приходится задаваться той или иной моделью пористой структуры катализаторов. [c.153]

Четкого определения понятию поры невозможно дать, не приписывая порам определенной геометрической формы. По этой причине возникает необходимость геометрического моделирования пористой структуры. Широкое распространение получили две модели пористой структуры катализаторов глобулярная и капиллярная. [c.154]

Согласно глобулярной модели пористая структура катализаторов представляется как совокупность сферических частиц — глобул. Пространство между глобулами представляет собой поровое пространство. Поверхность глобул составляет внутреннюю поверхность катализатора. Структура укладки сферических частиц определяется их радиусом i г и распределением по координационным числам п, которые определяют число контактов частицы с соседними глобулами. [c.154]

Очень часто с целью упрощения глобулярной модели ее рассматривают как однородную, полагая i г и постоянными. Опорными точками для интерпретации структуры катализаторов в рамках однородной глобулярной модели являются правильные укладки шаров. Общие характерные свойства правильных укладок таковы, что можно [c.154]

Капиллярные модели. В капиллярных моделях свободное пространство в пористой структуре катализатора представляется в виде совокупности цилиндрических капилляров. Размер поры определяется радиусом капилляра, моделирующего пору. Капиллярные модели весьма разнообразны [29]. Наиболее проста модель из прямых параллельных капилляров постоянного подлине сечения. Чтобы устранить анизотропность, свойственную этой модели, общее число капилляров делят на три части, каждая из которых направлена по [c.159]

В практике гетерогенного катализа эффективный коэффициент диффузии часто определяют экспериментально. Однако наибольший интерес представляют попытки рассчитать эффективный коэффициент диффузии на основе модельных представлений пористой структуры катализатора. Расчет эффективного коэффициента диффузии сводится к тому, чтобы в рамках выбранной модели учесть влияние строения пористой структуры на скорость диффузии. [c.164]

Уравнение многокомпонентной диффузии для такой модели можно получить на основе кинетической теории газов [44] либо с помощью гидродинамического метода [45]. Представляя каждую компоненту как текучую среду, испытывающую при своем движении сопротивление со стороны других компонентов по обычным законам гидродинамики, и учитывая, что пористая структура катализатора неподвижна и, следовательно, молекулы нулевого сорта газа имеют скорость движения равную нулю, можно составить уравнение баланса импульса для i-ro газа, которое после преобразований имеет вид [45] [c.168]

Интерпретация экспериментальных данных, полученных в результате изучения пористой структуры катализаторов разными методами, на основе различных моделей пористой среды позволяет [c.182]

Предложено несколько различных моделей структуры активных катализаторов [c.31]

Однако на первом этапе исследований а тем более при расчетах по прогнозированию свойств катализатора, до проведения экспериментальных работ необходимые данные о параметрах моделей, естественно, не известны. Выход заключается в выработке стратегии исследования в виде многоэтапной итеративной процедуры принятия решений (ППР) 1) прогноз химического состава катализатора 2) по данным первого этапа и по имеюш имся аналогам получение начальных оценок скорости реакции 3) начальный ири-ближенный прогноз качественного характера о целесообразной текстуре катализатора (например, круннонористый с малой поверхностью, либо мелкопористый с развитой поверхностью и т. п.) 4) экспериментальная проверка результатов качественного прогноза текстуры катализатора 5) экспериментальное определение кинетики процесса на удовлетворяюш,ем требованиял катализаторе пз числа занрогнозированных 6) расчет оптимальной текстуры катализатора и ее приспособление к реальным возможностям синтеза катализаторов 7) выбор способа синтеза приемлемого катализатора 8) выбор способа формирования структуры катализатора 9) приготовление образца катализатора и его опробование. [c.121]

Огромное многообразие пористых сред и пх геометрпческих свойств до сих пор, не позволяет выработать единую и общую классификацию пористых сред, если в качестве классиф1щирующего критерия используется какой-либо единый набор количественных характеристик. Тем не менее существует множество полуколи-чественных классификаций пористых сред и их различных структурных представителен [1]. Наиболее распространены классификации по виду дополняющих друг друга элементов твердой фазы и норового пространства. По замечанию Л. В. Радушкевича, пространство пор и пространство твердой фазы в пористом теле относятся друг к другу как негатив к позитиву, так что и любые соответствующие классификации дополняют друг друга (принцип дополнительности). Итак, по объекту описания все геометрические модели микроструктуры катализаторов можно разделить на два класса первые моделируют структуру скелета пористого тела, вторые — структуру порового пространства. [c.127]

Описание физико-химических явлений, составляющих гетерогенно-каталитический процесс в порах катализатора, опирается на рассмотренную классификацию геометрических моделей пористых сред, в частности на иерархичность их строения, в которой выделяются несколько уровней организации пористой структуры 1) молекулярная и субмолекулярная структура катализатора — плотность и характер расположения активных центров, дефектов кристаллической решетки, кристаллическое строение, состояние поверхности 2) поровая структура — форма нор, связность порового пространства, суммарная внутренняя поверхность, распределение пор по размерам 3) зерновой (гранулометрический) состав катализатора — текстура катализатора, форма частиц катализатора, распределение зерен по размерам и по объемам [c.139]

Писаренко B. H., Кафаров B. B., Полянский M. A. Новые подходы к решению проблемы построения моделей кинетпкп адсорбции и порис-Toii структуры катализаторов // Проблемы автоматизированного проектирования и автоматизация эксперимента. М., 1983. С. 38—46. (Тр. МХТИ Вып. 127). [c.359]

Оценим влияние указанных двух факторов —обратного перемешивания газа II неоднородности структуры катализатора — по отдельности. Используем наиболее простую и грубую диффузионную модель с единым эффективным коэффициентом диффузии йэфф. В стационарном режиме при той же реакции первого порядка для распределения концентрации по потоку с (г) имеем уравнение [c.179]

На основании детального исследования поверхности различных моно- и биметаллических сульфидных катализаторов методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМВР), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и электронной мессбауэровской спектроскопии EXAFS была предложена модель структуры активного компонента сульфидного катализатора, представленная на рис. 12.7. [c.806]

Из данных [17, 20, 74], а также опыта работы авторов по формированию и изучению пористой структуры катализатора для окисления ЗОг [51 ] становится очевидным целесообразность построения еще одной, на наш взгляд, наиболее реалистичной модели мультидисперсного катализатора [51 [. [c.66]

Основные соотношеАия для мультидисперсной модели. В катализаторе, структура которого описывается мультидисперсной моделью, имеется набор размеров глобул, концентрирующихся в некоторой полосе (интервале) радиусов от Гр. ин до г. макс (рис. 2.11). [c.67]

Понятие оптимальности размера пор (глобул), объясненное посредством введенной мультидисперсной модели, рассмотрено при неизменном размере частиц. Вместе с тем, как известно (см. гл. 1), размер частиц оказывает влияние на степень внутридпф-фузионного торможения, в силу чего возможны поиски наилучшей структуры катализатора в зависимости и от этого параметра а также от концентрации реагентов и температуры процесса). [c.73]

Атомные адсорбционные катализаторы из нанесенных атомов платины, палладия, железа и т. д. представляются наиболее удобными для. создания модели адсорбционного катализатора и проверки на ней выводов теории. Ионные катализаторы в этом смысле менее удобны, так как они обычно довольно сильно взаимодействуют с носителем и поэтому приходится говорить не просто об ансамбле на носителе, а о системе ансамбль + носитель (тип агравированных структур, о которых см. далее). Эти катализаторы то же были исследованы методом теории активных ансамблей и для ряда случаев были получены определенные данные. В общем, окислительные, оксидазные, пероксидазные и каталазные функции ионов связываются, как правило, с единичными ионами, закрепленными на носителе. V [c.15]

На основании теоретической модели структуры кристаллитов платины на носителях выявлены три груЦпы катализаторов с разной долей поверхностных атомов платины 0 [c.37]

Уместно отметить, что все приведенные выше наблюдения и соображения относятся к упрощенным представлениям о группах на лэверхности катализатора крекинга, а не к действительной поверхностной структуре катализаторов, приготовленных в лабораторных или заводских условиях. Эти модели могут вводить в заблуждение, и нужно использовать их с осторожностью. Например, при учете отношения ионных радиз сов кислорода и алюминия представление [c.66]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология