Скорость реакции и размеры частиц катализатора

Константы равновесия, а также константы скорости реакции для трех катализаторов с различными размерами частиц указаны на рис. 1Х-11. [c.328]

Динамического и химического подобия обычно нельзя достигнуть одновременно например, если остается постоянным время реакции, то число Рейнольдса, в которое входит линейная или массовая скорость, изменяется. В гетерогенных каталитических процессах полное подобие может быть достигнуто при изменении размера частиц катализатора и его активности. Если теплопередача осуществляется теплопроводностью или конвекцией, размер частиц должен быть пропорционален диаметру сосуда, а активность катализатора должна меняться обратно пропорционально квадрату диаметра реактора оба условия очень тяжелы и обычно невыполнимы. Часто имеют значение только некоторые из факторов, влияющих на реакцию, так что существенным будет равенство только тех безразмерных комплексов, в которые они входят. Например, если скоростью диффузии определяется процесс в гетерогенном реакторе, то рассмотрение одного динамического подобия будет достаточным для выяснения условий моделирования. [c.341]

Геометрические теории уделяют особое внимание соответствию между геометрической конфигурацией активных атомов на поверхности катализатора и расположением атомов в той части реагирующей молекулы, которая ири адсорбции взаимодействует с катализатором и которую обычно называют индексной группой. Изучение скоростей реакций на различных кристаллических гранях металлов показало, что скорости действительно зависят от геометрии расположения атомов. Геометрический подход позволил установить следующий важный факт селективность в случае конкурирующих реакций может существенно меняться в зависимости от числа и расположения центров. Это привело к развитию представлений об ансамблях , или специфических группировках атомов на поверхности катализатора, и о структурной чувствительности реакций, скорости которых зависят от размера частиц катализатора, возможности образования сплавов и других факторов. [c.10]

Вследствие относительно большого размера частиц катализатора, значительное влияние на скорость химических превращений в зернистом слое оказывают процессы переноса вещества и тепла внутри твердых частиц. Процессы на изолированном зерне катализатора изучались в главе III знание макроскопической скорости реакции на отдельном зерне в зависимости от концентраций реагентов и температуры потока в данной точке слоя — необходимый элемент математического описания процессов в зернистом слое. Другим [c.213]

Нормальный размер зерен промышленных катализаторов гидроформинга составляет примерно 3—5 мм. Однако специальное исследование влияния диффузии в зерне катализатора на кинетику каталитического дегидрирования циклогексана (на 100%-ном циклогексане и алюмохромовом катализаторе) показало, что в ряду размеров частиц катализатора 3,1 1,8 и 0,5 мм резко возрастает скорость реакции и увеличивается соотношение между промежуточными (циклогексен) и конечными (бензол) продуктами реакции [118], что определяется снижением эффекта диффузионного торможения. Такое явление имеет существенное значение при оценке процесса на пылевидных катализаторах (на этом мы остановимся ниже). [c.292]

Скорость реакции, протекающей во внешнедиффузионной области, практически не зависит от температуры и зависит от скорости потока и размера частиц катализатора. Поверхность пор катализатора и его активность на скорость реакции в этом случае не влияют. [c.139]

Уменьшение размера частиц катализатора увеличивает скорость внешней диффузии и снижает внутридиффузионное торможение реакции для данных скорости реакции и условий ее проведения уменьшение размера частиц катализатора до некоторой величины в принципе всегда может обеспечить протекание реакции в кинетической области. Увеличение скорости потока в проточной системе (или перемешивание в статической) увеличивает скорость внешней диффузии, что способствует переходу реакции в область внутренней диффузии. [c.152]

Такая скорость реакции называется удельной. Если средние размеры частиц катализатора одинаковы, то масса катализатора и его поверхность пропорциональны, и уравнения (VI, ) и (VI,2) отличаются одно от другого только коэффициентом пропорциональности. [c.216]

При использовании очень мелких частиц и малоинтенсивном псевдоожижении следует учитывать возможность роста внешнедиффузионного сопротивления с переходом процесса из кинетической области в область внешней или переходной диффузии. Учет кинетического и гидродинамического факторов позволяет определить диапазон рационального изменения размеров частиц катализатора но слоям многополочного реактора. Так, в реакторе для проведения экзотермической реакции нижние слои целесообразно загружать более мелкозернистым катализатором, чем верхние. Действительно, в этом случае диаметр зерна, для которого степень использования внутренней поверхности близка к 1, увеличивается Для каждой лежащей выше полки в соответствии с уменьшением температуры и изменением степени превращения. В то же время, учитывая, что в реальных промышленных аппаратах, как правило, верхние полки имеют большую высоту слоя катализатора, снижение для них числа взвешивания или разности рабочей и критической скоростей газа, за счет загрузки этих слоев крупнозернистым катализатором уменьшает перемешивание, проскок газовых пузырей и благоприятно сказывается на суммарной скорости процесса. [c.256]

Исходя из того, что на протекание гетерогенных каталитических процессов влияют такие параметры, как размер и форма пор, коэффициенты диффузии реагирующих веществ и продуктов реакции, скорость реакции и размер частицы катализатора, было предложено [75] ввести понятие фактора эффективности при парофазных реакциях. Фактор эффективности равен отношению фактической скорости превращения в целевой продукт к идеальной скорости превращения для случая, когда вся поверхность частицы катализатора обладает одинаковой эффективностью. Этот фактор является функцией модуля, вычисленного на основании эффективного диаметра частицы, среднего радиуса пор, коэффициента диффузии и константы скорости реакции. [c.147]

Коэффициент эффективности может быть определен при отсутствии значений к], и )эф и в случае, если имеются экспериментальные значения скоростей реакции на частицах только двух размеров. Рассмотрим реакцию, протекающую на гранулах двух радиусов Ri и i 2. Отношение найденных в эксперименте значений скорости реакции на единицу объема катализатора равно а отношение [c.140]

Скорость гидрирования тяжелых газойлей зависит от многочисленных взаимосвязанных факторов. В соответствии с механизмом протекания этой реакции в смешанной фазе в присутствии твердых катализаторов скорость реакции должна зависеть от следующих параметров 1) химической природы сырья 2) физических свойств сырья 3) типа катализатора 4) соотношения активных компонентов в катализаторе 5) содержания активного металла в катализаторе 6) носителя катализатора 7) удельной поверхности катализатора 8) объема и диамет ра пор катализатора 9) размера частиц катализатора 10) общего давления И) отношения водород углеводород 12) объемной скорости (по жидкому сырью) 13) геометрических характеристик реактора 14) температуры. Поскольку скорость является весьма сложной функцией каждого из этих параметров и многие из них взаимосвязаны, очевидно, что количественно оценить влияние каждого параметра раздельно практически невозможно. Все же можно выявить, какие факторы являются наиболее важными и как следует изменять эти параметры для достижения оптимальных результатов. [c.208]

СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ И РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ КАТАЛИЗАТОРА [c.178]

Влияние размера частиц катализатора учитывается введением множителя Е — фактора эффективности в уравнение скорости реакции. [c.178]

При использовании катализаторов Циглера, конечно, должна возникать очень сложная ситуация, так как на величину констант скорости реакции роста для этилена и пропилена, безусловно, оказывает влияние способ приготовления катализатора, от которого зависят размеры частиц, кристаллическая структура, распределение частиц по размерам и химический характер инициирующих комплексов. Доказано, что очень тонкая суспензия, образующаяся при взаимодействии четыреххлористого титана и алкилов алюминия, полимеризует этилен с весьма высокими скоростями. Однако а-олефины на таком катализаторе полимеризуются медленно с образованием только атактических полимеров. Вместе с тем грубодисперсный катализатор того же состава проявляет большую активность при полимеризации а-олефинов. При этом в результате полимеризации получаются в основном изотактические полимеры. Но поскольку известно, что по мере протекания реакции суспендированные частицы катализатора измельчаются, константы сополимеризации rj и г , очевидно, будут различными для различных фракций катализатора, что не способствует получению надежных результатов. [c.225]

Многие важные промышленные процессы можно классифицировать как гетерогенные реакции, протекающие на границе раздела газ — твердое тело. Присутствие твердого катализатора ускоряет превращение реагирующих веществ но пока не сделан соответствующий выбор условий реакции, геометрии катализатора и размеров реактора, потенциальная ценность процесса как экономического новшества будет незначительна. Такие проблемы, как теплопередача к реактору или от него, существенно влияют на его окончательную конструкцию. Подобным образом скорость переноса молекул газа не только к поверхности и от поверхности катализатора, но также внутри сложной системы пор самого твердого тела влияют на выбор размеров реактора и размеров частиц катализатора. Кинетика гетерогенных реакций, очевидно, определяет массу катализатора и, следовательно, объем реактора, который необходим для того, чтобы получить определенное превращение за заданное время в случае периодического процесса или за время прохождения заданного пути внутри реактора в случае непрерывного процесса. [c.390]

Изучено влияние размера частиц катализатора на скорость реакции окисления. [c.167]

Для установления области протекания реакции дегидрирования изучали влияние размера частиц катализатора К-16 на скорость реакции. Соответствующие данные, полученные при температуре 560 и 600° С, объемной скорости бутилена 600 и разбавлении бутилена водяным паром 1 10, представлены на рис. 21. Из них следует, что даже в случае небольшой объемной скорости выход бутадиена практически [c.113]

Этот вывод согласуется сданными более ранних работ [10, 245], в которых изучалась скорость реакции бутадиена на алюмо-хромовом катализаторе № 117. Исследование проводилось в лабораторном проточном реакторе при температуре 550—590° С, давлении 100— 300 мм. рт. ст. и объемных скоростях подачи бутадиена 1000— 4800 размере частиц катализатора около 0,7 мм, длительности опыта 10 мин [10, 245]. [c.134]

Простейшим и наиболее надежным способом исключения искажающих факторов при исследовании собственно химической кинетики является проведение экспериментов в условиях, исключающих лимитирующий эффект внешней и внутренней диффузии, и з условиях хорошего теплообмена. В отсутствии первых двух эффектов можно убедиться путем проверки независимости скорости реакции от размеров частиц катализатора и гидродинамических параметров потока, обтекающего катализатор. Проверка условий теплообмена — дело гораздо более сложное и обычно удовлетворяется косвенными соображениями о его интенсивности и отсутствии температурных градиентов в реакторе. [c.187]

Реакторы Синтол . Как уже упоминалось, реакторы Синтол являются реакторами с циркулирующим кипящим слоем. Общая высота реакторов около 50 м. Как показано на рис. 3, в нижнюю часть реактора подается рециркулируемый и свежий газ, где он смешивается с потоком горячего катализатора, спускающегося по стояку. При этом газ нагревается до температуры возгорания. Затем смесь газа с катализатором подается наверх в расположенные справа от стояка зоны реакции. Значительная часть теила реакции поглощается в двух батареях в теплообменниках, расположенных внутри реактора, а остальная— образующимися и рециркулируемыми газами. Катализатор отделяется от газа в бункере-отстойнике и, спускаясь по стояку, возвращается в цик 1. Скорость потока катализатора регулируется задвижкой у основания стояка. Непрореагировавший газ вместе с парами образовавшихся углеводородов выводится нз реактора через циклоиы, в которых отделяются захваченные потоком более мелкие частицы катализатора, возвращаемые в бункер. На выходе из реактора температура обычно составляет около 340°С. Важно, чтобы условия процесса и состав катализатора ограничивали образование тяжелых углеводородов, которые при конденсации на катализаторе могут затруднять образование кипящего слоя. Так как используемый железный катализатор имеет высокую плотность, то создать его кипящий слой существенно труднее, чем, например, при использовании алюмосиликатных катализаторов, которые применяются в установках каталитического крекинга с циркулирующим кипящим слоем. Размер частиц катализатора выбирают в таких узких пределах, чтобы удовлетворялись условия кипения и соблюдались необходимые потоки катализатора вниз по стояку и вверх по реактору. [c.168]

Температуры, при которых первая стадия крекинга переходит из кинетической во внутридиффузионную область и из внутри- во внешнедиффузионную, зависят от свойств сырья, активности катализатора, размера его пор и частиц. Для данного катализатора утяжеление сырья, повышая скорость реакции и снижая скорость диффузии, уменьшает температуры перехода. Для сырья заданного фракционного состава повышение в нем концентрации олефиновых и ароматических углеводородов, крекирующихся с большой скоростью, дает такой же эффект. При сырье заданного состава и катализаторе заданной активности переход реакции из кинетической области во внутридиффузионную осуществляется тем при меньшей температуре, чем меньше средний диаметр пор. На температуру пере.хода из внутридиффузионной области во внешнедиффузионную размер пор влияния Не оказывает. Этот переход осуществляется при катализаторе данной активности для данного сырья тем при, меньшей температуре, чем больше размеры частиц катализатора. Таким образом, максимально допустимая температура крекинга, при которой достигается переход первой стадии реакции во внешнедиффузиопную область, зависит от свойств сырья, активности катализатора и размера его частиц. На микросфериче-ском катализаторе при крекинге сырья, выкипающего в пределах 300—500 °С, внешнедиффузионная область достигается при 540— 560°С, на шариковом катализаторе зернением 3—5 мм —при 480—510°С. В кинетической области первая стадия крекинга имеет энергию активации около 30 ккал/моль. [c.221]

Из рис. 4.7 следует, что в КС каталатически активных частиц даже при /кс== 850°С состав газа на расстоянии 200—300 мм от выходных отверстий в колпачках практически совпадает с термодинамически равновесным. С увеличением температуры высота зоны стабилизации существенно уменьшается в связи с увеличением скоростей реакций. Размеры зоны стабилизации сокращаются и с уменьшением скорости продуктов сгорания, что связано с понижением объемных напряжений на катализатор, а, возможно, также и с уменьшением доли газа, проскакивающего в виде пузырей, где условия его тепло- и массообмена с каталитическими твердыми частицами значительно хуже. [c.204]

М. Бодуар и Ч. Тейлор предложили разделить реакции, катализируемые металлами, на структурно-чувствительные и структурно-нечувствительные. Структурно-чувствительные реакции (затрудненные реакции), к которым относятся гидрогенолиз С-С-свя-зи, окисление, изомеризация, определяются как реакции, скорость которых чувствительна к деталям поверхности металла и может зависеть от размера кристаллита. Так, скелетная изомеризация -бутана на платине сильно ускоряется при уменьшении размера частиц катализатора, при наличии ступеней и выступов на поверхности катализатора. Структурно-нечувствительные реакции (незатрудненные реакции), к которым относятся реакции гидрирования - дегидрирования олефинов, гидрирования ароматических углеводородов, нечувствительны к размерам кристаллитов и структуре поверхности. Накопленные экспериментальные данные показывают, что реакции с участием углеводородной связи (гидрирование и дегидрирование и др.) в углеводородах структурно нечувствительны. Это проявляется как в независимости скорости таких реакций от размера частиц нанесенных катализаторов, так и в близости величин удельной скорости в расчете на один атом поверхности, достигаемой на дисперсионных катализаторах и на гранях монокристалла. [c.694]

Фактически при заданной скорости газа и размере частиц катализатора скорость реакции и размеры пузырей определяют высоту слоя, а общий расход газа — объем слоя. При заданном расходе газа, чем мельче частицы, тем меньше скорость газа и тем ниже слой, в то время как для слоя из крупных частир требуется большее отношение Ljdi. [c.393]

Размер частиц катализатора может оказывать влияние на скорость крекинга, так как некоторые реакции протекают настолько быстро, что диффузия может быть ступенью, ограничивающей скорость реакции. В этом случае трудно определить действительную активность внутренних поверхностей катализатора. Круг вопросов этой темы довольно полно осветили Уилер [121], Вейс и Пратер [119]. В литературе имеется несколько примеров [c.448]

Еще один пример влияния размера частиц катализатора был приведен Блю с сотрудниками [11] для реакции переноса водорода от молекул декалина к молекулам бутиленов. Об этой системе уже упоминалось при обсуждении реакций переноса водорода. Было отмечено, что при различных размерах частиц катализатора скорости реакции приб.чизительно соответствовали скоростям диффузии, определенным путем измерения скорости, при которой радиоактивный бутан вымывается потоком неактивного бутана из слоя частиц катализатора. Опыты проводились с образцами алюмосиликатного катализатора, применяемого в процессе термофор, в виде шариков и полученных их дроблением частиц. Реакция переноса водорода проводилась при температуре 340° и объемной скорости около 6час. . Было показано, что частички катализатора диаметром менее 0,4 мм несколько менее эффективны в реакции переноса водорода. [c.448]

Варламов [128] изучал влияние размеров частиц катализатора VgOj — AlgOg, промотированного Ва, на скорость окисления SOg в псевдоожиженном слое катализатора. При уменьшении размеров частиц от 3 до 0,081 мм скорость реакции повышается приблизительно на 2Э%. Отсюда видно, что в случае более крупных частиц происходит некоторое диффузионное торможение. [c.359]

Скорость реакции гидрообессеривания растет с уменьшением размера частиц в процессах со стационвущш слоем катализатора и в трвхфазном кипящем слое [84,85]. рйс. 15 приведено влияние размера частиц катализатора на глуб у обессеривания мазута арланской нефти при Р=15 МПа, Т=400°С, [c.46]

В разделе 4.4.3 мы рассмотрели несколько моделей с целью охарактеризовать пористые структуры. Если структура нор известна и может быть охарактеризована геометрически, то мы должны лишь видоизменить дифференциальное уравнение, описывающее, каким образом диффузия оказывает влияние на скорость реакции. За исключением тех случаев, когда норы имеют очень простую форму, типа цилиндров и сфер, решение этого дифференциального уравнения нельзя получить обычным аналитическим способом, и поэтому должны применяться численные методы. Гораздо более простой способ описан Уилером [34, согласно которому, экспериментально определенные величины поверхности и объем пор согласуют с найденными геометрически величинами поверхности и объема пор модели катализатора. Такая модель может применяться для описания скорости, с которой реакция протекает на реальных таблетках катализатора. Мы уже показали выше, что число пор в частице катализатора выражается величиной "ф/У2яг , где -ф — пористость, а г — средний размер пор. Если такая частица содержит N пор длиной Ь, то скорость реакции на частице в целом будет в N раз превышать скорость реакции в одной поре, причем последняя величина выражается уравнением (145). Так как число нор равно (прЗх), где Пр — число пор, приходящееся на единицу внешней поверхности 8то скорость реакции Ер на одной таблетке составляет [c.201]

Для установления области протекания реакции дегидрирования изучено влияние размера частиц катализатора К-16 на скорость реакциц. Соответствующие данные, полученные при 560 и [c.112]

Таким образом, область протекания реакции горения угля при регенерации катализатора К-5 определяется (при температурах выше 500° С) размером частиц катализатора при регенерации катализатора мелкого зернения (пылевидного катализатора) скорость горения определяется диффузией кислорода из потока к поверхности катализатора (внешнедиффузионная область) при регенерации крупнозернистого катализатора (например, таблети-рованного или шарикового, горение протекает во внутридиффузионной области. [c.144]