Изотермическая гранула

Область, в которой на изотермической грануле теоретически возможно значение т Н> 1, вероятно, реализуется при осуществлении некоторых реакций гидрогенизации. В этих случаях коэффициент диффузии водорода относительно велик и обычно применяют избыток водорода по отношению к стехиометрической концентрации. Поэтому для таких реакций значения Е велики и лежат обычно в пределах от 10 до 100. [c.181]

Если реакция протекает в пористой структуре, то всегда будет существовать некоторый градиент концентрации по грануле. Поэтому коэффициент эффективности для мономолекулярной реакции на изотермической грануле никогда не достигает значения г) = 1. [c.200]

Аналитическое решение уравнения (3.22) дает стационарный профиль концентрации внутри изотермической гранулы, В результате можно рассчитать для этих условий наблюдаемую скорость реакции. С ее помощью находят степень использования внутренней поверхности, или фактор эффективности г], который определяют следующим образом [c.49]

Модель изотермической гранулы в работах [6.10] и [6.20 была развита в двух направлениях. Во-первых, авторы рассмотрели случай, когда дезактивация протекает настолько быстро,, что в уравнениях материального баланса по реагентам нельзя отбросить производные по времени, т. е. стационарный режим диффузии не достигается. Во-вторых, модель была дополнена уравнениями, учитывающими внешний тепло- и массоперенос. Одним из наиболее важных результатов, полученных этими авторами, является теоретическое подтверждение экспериментальных данных, схематически представленных на рис. 6.1(6), когда при высоких значениях модуля Тиле из-за сильного влияния диффузии происходит обращение профиля концентрации кокса. Результаты расчета приведены на рис. 6.6, где слева представлены данные для Ф = 2, а справа — для Ф = 20. Видно, что согласие между экспериментом [рис. 6.1(6)] и теорией (рис. 6.6) хорошее. [c.127]

Влияние механизма коксоотложения на характер поведения гранулы катализатора во времени также наглядно иллюстрирует рис. 6.14, где приведены расчетные зависимости фактора эффективности от т для Ф = 1 и 16. Из этих зависимостей следует, что при Ф=1 параллельное коксоотложение приводит к более сильному падению активности, чем последовательное. При Ф = 16 эта закономерность меняется на обратную. Как можно было ожидать, при параллельно-последовательном механизме расчетные зависимости лежат между двумя крайними случаями. Результаты, приведенные в [6.17], отличаются от результатов работ [6.20] для изотермической гранулы и [6.21], в которой пренебрегали внешним массо- и теплопереносом. [c.136]

При моделировании каталитических процессов необходимо оценивать эту величину. Пусть имеем некоторую сферическую частицу катализатора радиуса В, в которой протекает изотермический процесс с единственной химической реакцией. Тогда наблюдаемую скорость реакции можно оценить следующим образом. Количество вещества, проникающего в глубь зерна за счет диффузии (общий поток массы через внешнюю поверхность гранулы), в стационарном состоянии должно полностью реагировать, т. е. скорость диффузии в глубь зерна равна наблюдаемой скорости реакции [c.158]

Зависимость фактора эффективности от модуля Тиле фд для сферической гранулы катализатора, на которой протекает изотермическая реакция первого порядка, а сопротивление внешней диффузии пренебрежимо мало, имеет вид [c.159]

Рис. 3.6. Зависимость г) от для изотермической реакции первого порядка на сферической грануле катализатора

Общий теоретический подход при анализе динамики внутреннего переноса заключается в решении уравнений, описывающих одновременное протекание массопереноса и химической реакции в порах. Рассмотрим [15, с. 129] наиболее простой случай — реакцию в сферической грануле радиуса г — при следующих допущениях гранула находится в изотермических условиях диффузия в пористой структуре подчиняется первому закону Фика и характеризуется постоянным по всей грануле эффективным коэффициентом диффузии Оэфф, форма которого зависит от условий массопередачи внутри поры (кнудсеновское, объемное или вынужденное течение) в реакции участвует один реагент А, она необратима и ее истинная кинетика описывается степенной функцией концентрации вещества А, т. е. скорость реакции равна ks , где — истинная константа скорости на единицу поверхности катализатора система находится в стационарном состоянии, т. е. изменение массовой скорости потока в результате диффузии, (например, к центру гранулы) равно скорости реакции внутри поры. В рамках этой модели получено аналитическое выражение для т] [c.88]

Для простоты принимаем, что адсорбционная емкость области ( 1 представляет почти всю адсорбционную емкость гранулы, поэтому количество адсорбированного вещества в области о — со и на поверхности со пренебрежимо мало по сравнению с количеством адсорбата внутри 0)1. Соприкосновение микрообластей таково, что непосредственный перенос адсорбата из одной микрообласти в другую исключается. Здесь рассматривается процесс, протекающий в изотермических условиях. Кроме приведенных предположений, накладываются еще два условия а) система является линейной, б) в системе не имеют места никакие необратимые реакции. О механизме массопереноса через поверхность со и внутри со не принимается никаких предположений, кроме а) и б). [c.298]

Указанная особенность аналогична рассмотренной ранее (стр. 158) для неизотермической реакции с простой кинетикой. Из рис. IV-4 следует, что аналогичный случай возможен и для изотермической реакции со сложной кинетикой. Упомянутые области, показанные на рис. IV-4 штриховыми линиями, относятся к нестабильным режимам, так как скорость реакции в установившемся состоянии не может определяться исключительно условиями на внешней поверхности гранулы. Путь, по которому система приходит в установившееся состояние, можно определить, располагая значением коэффициента эффективности в этом состоянии. [c.180]

Анализ условий протекания реакции на неизотермических гранулах в сочетании с кинетикой типа Лэнгмюра — Хиншельвуда содержится на стр. 184. Такой анализ сложен. Однако возможно рассмотрение неизотермической системы с простой кинетикой или изотермической системы со сложной кинетикой. Результаты анализа этих случаев зачастую позволяют судить о том, какова наиболее вероятная причина необычного поведения системы. Применение рисунков IV-3—IV-5 иллюстрируется Примером IV.4. [c.183]

Уилер дал математическое рассмотрение двух описанных случаев применительно к изотермической реакции первого порядка, протекающей в цилиндрической поре [382, 383]. Некоторые из полученных им результатов представлены на рис. У-1. Здесь символом а обозначена доля отравленных активных центров. В случав равномерного отравления истинная активность катализатора принимается равной (1 —а) для всей гранулы. При отравлении устья поры общей длиной Ь принимается, что полностью дезактивируется примыкающая к устью часть поры длиной сх,Ь. Остальная часть поры длиной (1 —а)Ь сохраняет первоначальную активность. [c.203]

Опыты проводили в изотермических условиях при температурах 164, 184, 204, 224 и 250 °С. Эксперимент при каждой температуре повторяли в среднем 8 раз. Исходный вес образца около 5 г. Приблизительно 0,5 г из остатка, который не продавливался через капилляр, брали из резервуара и подвергали анализу методом гель-проникающей хроматографии. Это позволяет исключить возможные эффекты деструкции в резервуаре, которые могут явиться следствием вторичных течений, возникающих непосредственно вблизи плунжера, или любых других причин. Измерения показали, что действительно материал, непосредственно прилегающий к плунжеру, в некоторой степени подвергается деструкции. Из дальнейшей обработки также исключали начальную часть экструдата длиной примерно 50 мм. При необходимости повторить опыт с ранее деформировавшимся материалом струю разрезали на мелкие гранулы, которые вновь закладывали в резервуар вискозиметра. От каждого образца отделяли небольшие порции для хроматографического анализа. Эти порции растворяли в тетрагидрофуране. [c.193]

Процесс осаждения катализатора БАВ наиболее выгодно вести при рН=8, допуская отклонения от заданной величины не более чем + 0,2 единицы. В этом случае гранулы катализатора получаются еще достаточно прочными, а каталитическая активность высокой в стандартных изотермических условиях степень превращения достигает 90% вместо 86—87%, получающихся при осаждении массы путем последовательного слива и при pH = 9—9,5. [c.430]

Как отмечалось, процесс тепловой обработки окатышей включает следующие стадии сушку сырых гранул, их нагрев до температуры обжига (1260 1400 °С) с последующей изотермической выдержкой, охлаждение материала до 80-180 °С. [c.231]

Изотермический катализатор. Соотношение между температурой и концентрацией вн)три гранулы катализатора с помощью безразмерных переменных преобразуется к виду [c.571]

При 1 перепад температуры внутри гранулы будет незначительным, и катализатор можно рассматривать как изотермический. В этом случае распределение концентрации ключевого компонента внутри гранулы будет определяться решением уравнения (18.4.6.14) с соответствующими граничными условиями. Общее решение уравнения (18.4.6.14) может быть получено только для мономолекулярной реакции. Если концентрацию на внешней гюверхности гранулы при г = 1 определить условием с = 1, то решение уравнения (18.4.6.14) будет определяться соотношениями [c.571]

Содержание пятиокиси ванадия в контактной массе—не менее 7,5%, влаги—не более 15%. Насыпной вес контактной массы, высушенной при 450°, должен быть не более 0,55 кгЫ. Каталитическая активность контактной массы в.лабораторных условиях (в изотермической печи) при температуре 485°, концентрации сернистого ангидрида в воздушно-газовой смеси, равной 10%, и объемной скорости 360 (объемная скорость—объем ЗОа, проходящий в 1 час через единицу объема катализатора) должна обеспечивать не менее 80% превращения. Каталитическая активность контактной массы после термической обработки в течение. 5 час. при 700° в токе воздушно-газовой смеси, содержащей 5% 80-2, должна обеспечивать в> указанных условиях не менее 81 % превращения. На сите с отверстиями 8 мм гранулированная контактная масса не должна давать остатка. Количество пыли и мелочи, проходящее через сито с отверстиями 2,5 мм, должно быть не более 2,5%. Средний диаметр гранул—не менее 3,5 мм. Отношение большего диаметра гранул к меньшему должно составлять не более 1,3. [c.294]

В изотермической сферической грануле уравнение материального баланса для сферического кольца толщиной г при одновременном протекании диффузии и реакции в стационарных, условиях имеет вид [c.49]

Для изотермических условий и обычной зависимости скорости реакции от концентрации фактор эффективности г может быть интерпретирован как доля объема гранулы, участвующая в реакции. В изотермических условиях фактор эффективности имеет максимальное значение, равное единице. Для реакции, скорость которой подчиняется уравнению первого порядка, на сферической грануле катализатора при условии, что внешний массоперенос не лимитирует, решение (3.22) с использованием [c.50]

Рис. 3.3. Зависимость фактора эффективности г от модуля Тиле Ф для изотермической реакции первого порядка на сферической грануле катализатора

Обычно влияние Ф на фактор эффективности ц графически представляют в логарифмических или полулогарифмических координатах. В качестве примера на рис. 3.3 представлена зависимость 1 Г] от Ф для изотермической реакции первого порядка, протекающей на сферической грануле катализатора. Влияние различий в геометрии гранулы или порядка реакции обычно невелико. В частности, при низких значениях модуля Тиле величина фактора эффективности близка к единице. Это можно ожидать, поскольку низкое значение Ф в соответствии с (3.27) означает небольшой размер гранулы в сочетании с низким значением константы скорости и (или) высоким эффективным коэффициентом диффузии. В этих условиях процесс лимитируется скоростью химической реакции при практическом отсутствии внутридиффузионного сопротивления. С другой стороны, для крупных гранул, больших значений к или низких процесс лимитируется скоростью диффузии, поэтому величина т] быстро снижается при увеличении Ф (см. рис. 3.3). Область, в которой фактор эффективности обратно пропорционален модулю Тиле, часто реализуется в промышленности, при этом обычно используют гранулы высокоактивных катализаторов больших размеров. В этой области для гранул катализатора с унимодальной структурой в изотермических условиях величина наблюдаемой энергии активации стремится к предельному значению, равному [c.51]

Так как влияние отравления усиливается во времени, скорость основной реакции снижается, вызывая в результате уменьшение тепловыделения. Поэтому при сильном отравлении в грануле может установиться близкий к изотермическому температурный режим. Однако первоначальное распределение ад-. сорбированного яда должно зависеть от температуры внутри гранулы. Хотя на учет этих эффектов ранее внимание практически не обращалось, все же выполнены два исследования, в которых получены интересные результаты. [c.108]

Если рассмотренное выше влияние параметров процесса представить в виде зависимости фактора эффективности от модуля Тиле, то можно выделить четыре основные области (рис. 3.4). Это кинетическая область, область, где химические превращения лимитируются внутренней диффузией, область множественности стационарных состояний и, наконец, область внешней диффузии. В кинетической области модуль Тиле мал, наблюдаемая скорость цревращений определяется скоростью хи--мической реакции, и фактор эффективности приблизительно равен единице. По мере увеличения модуля Тиле внутренняя диффузия становится лимитирующей стадией и фактор эффективности становится меньше единицы . В этой области реакция ограничивается наружной частью практически изотермической гранулы. Основная доля общего перепада температуры сосредоточена в пограничном слое вблизи частицы катализатора. Дальнейшее увеличение модуля Тиле переводит процесс в область О, где определяющим является массоперенос через пограничный слой. Большое сопротивление межфазному переносу затрудняет достаточно быстрый отвод тепла от поверхности катализатора. В этой области реакция протекает практически только на на- [c.52]

Было установлено, что для изотермической гранулы относительное уменьшение фактора эффективности, вызванное коксоотложением по параллельному механизму, очень велико при малых значениях модуля Тиле, Это является следствием того, что для таких значений Ф концентрация реагента А, образующего кокс, высока во всем объеме гранулы. При больших Ф реакция локализуется лишь в узкой зоне, примыкающей к наружной поверхности гранулы, и при параллельном механизме дезактивации она не выходит за границы этой зоны. Следовательно, в этой области протекани5 реакции относительное снижение активности невелико. [c.135]

Хэджинс [661 ] также предложил общий критерий влияния диффузии в изотермических гранулах катализатора независимо от формы кинетического уравнения (кроме реакций нулевого порядка) [c.326]

Видно, что для экзотермических реакций (Р > 0) возможны такие сочетания условий, при которых фактор эффективности превышает единицу. Это происходит в тех случаях, когда увеличение скорости реакции, обусловленное повышением температуры в направлении к центру гранулы, превышает уменьшение скорости, вызванное снижением концентрации в том же направлении. Таким образом, обш,ая скорость на зерне катализатора больше, чем при совпадении температуры и концентрации внутри гранулы с их значениями на внешней поверхности. При высоких значениях модуля Тиле фактор эффективности становится обратно пропорциональным (рв, как это наблюдается для изотермического режима. В этом случае химическое преврапцение происходит преимуш,ественно в тонком внешнем слое гранулы. Внутренняя часть гранулы находится в условиях, близких к изотермическим, но температура здесь выше, чем на внешней поверхности. [c.161]

Реакция сульфиннрования протекает в реакторе периодического действия с перемешиванием в изотермических условиях при температуре 20 < Г < 60° С. Исходными реагентами служат а) сополимер стирола с изомерами дивинилбензола с содержанием последнего в количестве от 2 до 10 весовых процента сополимер берется в виде гранул сферической формы с диаметром от 2-10 [c.345]

Рассмотрим сферическую гранулу катализатора радиуса i , выделив в ней сферический слой толщиной д,г и радиусом г, как это показано на рис. 1П-1. Упрощенный анализ основан на следующих допущениях 1) пористая гранула имеет сферическую форму 2) гранула находится в изотермических условиях 3) диффузия в пористой структуре подчиняется первому закону Фика и характеризуется постоянным по всей грануле эффективным коэффициентом диффузии /)эф. Отсюда следует, что поток равен —1>эфйс/йг 4) в реакции участвует один реагент А, она необратима [c.130]

Лусс и Амундсен [194] приводят математическое доказательство того, что для простых изотермических реакций 1 порядка коэффициент эффективности сферической гранулы будет наименьшим по сравнению с гранулами любой другой формы того же объема. Они приводят также график, показывающий, как при постоянном объеме гранулы коэффициент эффективности изменяется с изменением диаметра или длины цилиндрической гранулы и с изменением размеров гранулы, имеющей форму прямоугольного параллелепипеда. Согласно их данным, например, при низком значении т) скорость реакции на цилиндрической грануле с Ыс1 = 8 1 примерно на 65% выше, чем для сферической гранулы равного объема. [c.188]

Отани, Вакао и Смит [241, 243] и ранее Уилер [3831 исследовали некоторые эффекты, обусловленные градиентом давления, возникшим в результате изменения числа молей при реакции. Их анализ относится к необратимой изотермической реакции первого порядка. Они исходили из модели структуры с порами одного радиуса и рассмотрели различные режимы диффузии. В случае кнудсеновской диффузии, согласно [241], разность давлений у поверхности и в центре гранулы дается выражением [c.197]

Используя модель, подобную выше описанной, Карберри [61] рассмотрел способы определения коэффициента эффективности для макро- и микропор при протекании простой обратимой изотермической реакции. Он исходил из того, что скорость реакции на крупной грануле ограничивается условиями переноса к внешней поверхности. Для такой модели обш ий коэффициент эффективности равен произведению их значений для макро- и микроструктуры, т. е. 11макро Чмикро [c.199]

В этих экспериментах применяли два образца один из них использовали в серии из 12 опытов, а другой — в серии из 50 опытов. На последней стадии экспериментов в изотермических условиях проводили опыты при низкой и высокой температурах. Последний тип опыта характеризует стабильность образца. В этом случае сначала проводили медленное охлаждение (как описано выше), затем определяли температуру плавления, чтобы убедиться в том, что с образцом не произошло никаких заметных изменений. Были определены температуры плавления пленок полиэтилена, п готовленных из капелек и из исходных гранул полиэтилена. Сравнение с результатами, полученными для капелек в диспергирующей срелте, показало, что в пределах точности эксперимента полученные данные совпадают. Таким образом, применяемые методы препарирования образцов и анализа не изменяют основных свойств полиэтилена. [c.56]

Реакционные смеси готовили перемешиванием в смесителе в течение 2 ч гематита с растворами карбонатов щелочных металлов (с массовой концентрацией 750 г/л), последующим их формованием в виде гранул, сушкой и прокадиванием. Гранулы, содержащие карбонаты рубидия и цезия при м. о. Ре Ме = 1, сушили постадийно, постепенно поднимая температуру, чтобы предотвратить их спекание вследствие высокой гигроскопичности карбонатов. Условия синтеза ферритов (температуру и время отжига) выбирали на основании данных ДТА и изучения кинетики ферритообразования в изотермических условиях (метод ТГА) так, чтобы степень превращения была максимальной. [c.43]

Обобщение уравнений кинетики сорбции в однородном сорбенте на неизотермический случай не представляет трудностей. Существенно более сложными являются такие уравнения для бидисперсного сорбента. Они впервые получены в работе [2]. Эти уравнения с соответствующими граничными условиями, учитывающими в общем случае внешний массо- и теплообмен с коэффициентами р и а, содержат пять характерных времен процесса Те= Я 0 + Г)/Э, т, = / (l + Г) /Di, Та = rllDa, Т = hpR/a, = hpR /X, в то время как в изотермическом случае таких времен только три т , т , т . Здесь R — характерный размер гранулы Гц — характерный размер микропористой зоны Д и D — эффективные коэффициенты диффузии в транспортных порах и микропористых зонах р и а — коэффициенты внешнего массо- и теплообмена и т — характерные времени внешнего массо- и теплообмена т , — характерное время внутреннего теплообмена и — характерные времена установления сорбционного равновесия в транспортной пористой системе и микропористых зонах л, и ftp — эффективная теплопроводность и удельная теплоемкость сорбента Г — наклон изотермы. Наряду с перечисленными параметрами в уравнения кинетики неизотерми-ческой сорбции входит и коэффициент термодиффузии Dj- [2], учитывающий эффект термодиффузии в транспортной пористой системе. [c.128]

Из-за достаточно больших размеров гранул и таблеток, используемых в реакторах с неподвижным слоем катализатора, внутриз этих гранул, как показано на рис. 3.2, возникает градиент концентрации. Понижение концентрации реагента внутри гранулы является следствием совместного влияния диффузии и реакции. В результате для изотермической частицы скорость реакции снижается. В зависимости от соотношения скоростей диффузии и химической реакции молекула реагента либо прежде,, чем реагирует, проникает в глубь таблетки, либо успевает прореагировать вблизи ее наружной поверхности. В первом случае концентрационный профиль относительно пологий, во втором — концентрация реагента внутри гранулы может снизиться почти до нуля в точке, находящейся вблизи от поверхности катализатора. [c.49]

Влияние внешнего тепло- и массопереноса на фактор эффективности гранулы катализатора рассмотрено в [5.27]. Для изотермического случая, когда рассматривается только внутреннее и внешнее сопротивление массопереносу, полученные Б этой работе результаты согласуются с данными [5.17]. В том случае, когда влияет также теплоперенос, анализировалась зависимость фактора эффективности от величины модуля Тиле. Численные значения параметров, принятых для моделирования, были физически более обоснованы, чем в случае, когда внешние перепады не учитывались. Так, для р было принято значение 0,01, = 20, аСац = 1, /СрС р =10, В1т=25 и В1 1==0,5. Характерный вид зависимости приведен на рис. 5.9. [c.111]

Одна из работ [6.20], в которой описывается отравление гранулы катализатора, уже была подробно рассмотрена в главе пятой. Напомним, что в этой работе рассмотрен параллельнопоследовательный механизм дезактивации в изотермических условиях [c.122]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология