Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Перенос вещества внутри зерен 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]


    Модель проточного реактора с зернистым слоем катализатора, в которой учитываются процессы внутри зерна и на его границе, фактически представляет собою двухфазную модель, хотя и усредняющую условия в каждой фазе. Эта модель включает в себя уравнение, описывающее перенос вещества внутри зерна катализатора, перенос вещества и тепла между катализатором и потоком, а также уравнения материального и теплового балансов для потока. Ввиду достаточно большой теплопроводности материала зерен, последние можно считать изотермическими и составлять баланс тепла для зерна в целом. [c.291]

    Перенос вещества внутри зерна катализатора осуществляется диффузией в порах. Если диаметр пор существенно превышает длину свободного пробега молекул, то диффузия в порах протекает так же, как в объеме неподвижного гааа или жидкости, и скорость переноса вещества вдоль поры определяется законом Фика  [c.365]

    Практически гораздо более важен случай, когда лимитирующей стадией является перенос вещества внутри зерна катализатора. [c.185]

    Вследствие протекания химической реакции во всей массе зерна, внутри зерна катализатора создается градиент концентраций. При этом эффективность работы катализатора ниже той, которая была бы достижима при равнодоступной внутренней поверхности. Перенос вещества внутри пор катализатора обусловливается внутренней структурой последнего, а также молекулярно-кинетическими свойствами газов (размером, скоростью, длиной свободного пробега молекул и т. д.). [c.56]

    Настоящая работа посвящена исследованию переноса вещества внутри зерна при гидрировании двуокиси углерода на никель-хромовом катализаторе, которое протекает в избытке водорода как необратимая реакция половинного порядка по двуокиси углерода 7]. Это соответствует результатам работ [8, 9], но отличается от выводов работы [10], в которой было найдено, что реа-кция протекает как реакция первого порядка. [c.228]

    Одной из обязательных стадий гетерогенно-каталитической реакции является перенос вещества к активной поверхности. Типичный гетерогенно-каталитический процесс идет на поверхности твердой частицы, большей частью пористой, которая омывается потоком газа или жидкости. Если химическая реакция протекает достаточно быстро, скорость процесса может лимитироваться подводом реагентов из ядра потока к внешней поверхности частицы, а также диффузией реагентов в порах внутрь зерна катализатора. В этом случае говорят соответственно о внешне- и внутридиффузионном торможении процесса. [c.98]


    Рассматривается математическая модель двумерного реактора, учитывающая распределение температуры и концентраций внутри зерна катализатора, перенос тепла по скелету катализатора и неравномерность распределения температуры и концентраций веществ по радиусу реактора. [c.168]

    Промышленное применение результатов лабораторных исследований по гетерогенному катализу часто требует решения сложных самостоятельных задач. Реакции могут протекать как в статических условиях, так и в потоке. Большинство промышленных катализаторов представляют собой пористые зерна с развитой внутренней поверхностью. При большой скорости химического превращения наблюдаемая скорость процесса будет зависеть от скорости диффузионного переноса реагирующих веществ внутрь зерна и продуктов реакции в обратном направлении. Необходимо поэтому создание катализаторов с оптимальной пористой структурой, работающих при оптимальных условиях (температуре, давлении), отвечающих требованиям макрокинетики контактных процессов. Требуется сложное аппаратурное технологическое оформление. Применяются современные расчетные методы, основанные иа математическом моделировании, с использованием исследований Г. К. Борескова, М. Г. Слинько и других ученых. [c.186]

    Процесс в пористом зерне катализатора можно считать изотермическим. Малый разогрев внутри зерна связан с существенным (на два порядка) различием в интенсивности переноса тепла и вещества. [c.99]

    Тепло, выделяющееся в результате экзотермической реакции внутри зерен, переносится наружу как за счет теплопроводности газа в порах, так и за счет теплопроводности самого катализатора. Благодаря тому, что теплопроводность твердой части катализатора значительно превышает теплопроводность газа, отвод тепла из зерен осуществляется с большой скоростью, и, даже при значительном падении концентрации реагирующего вещества внутри зерна, разность температур между центральной и периферийной частями остается небольшой. [c.423]

    Перенос тепла внутри зерен катализатора происходит с большой скоростью вследствие сравнительно высокой теплопроводности твердого вещества контакта. Разность температур в центре зерна и на внешней поверхности обычно не превышает нескольких градусов. [c.424]

    На втором уровне создается модель процесса в единичном пористом зерне катализатора. На этом этапе учитывается влияние переноса тепла и вещества внутри зерна. [c.139]

    Другие факторы. Кроме перечисленных выше на скорость химического процесса могут оказывать влияние и другие факторы. Так, на скорость гетерогенных каталитических процессов влияют физические характеристики применяемых катализаторов— величина и состояние поверхности, пористость, размер частицы, механическая прочность, теплоемкость, теплопроводность и т. д. Например, увеличение размера пор ускоряет процесс переноса массы вещества от поверхности внутрь зерна катализатора, а уменьшение размера частиц увеличивает поверхность взаимодействия между катализатором и реагентами. [c.471]

    Массо- и теплопередача в порах. Наиболее важное значение в процессах гетерогенного катализа имеет перенос вещества и тепла внутри пористой частицы катализатора. Перенос вещества в порах осуществляется исключительно путем молекулярной диффузии. Если диаметр поры значительно превышает среднюю длину свободного пробега, то молекулы диффундирующих веществ сталкиваются друг с другом гораздо чаще, чем со стенками поры и последние не оказывают существенного влияния на скорость диффузии в пористом зерне. В этих условиях диффузия в порах протекает так же, как в объеме неподвижной жидкости или газа и скорость переноса вещества вдоль поры, отнесенная к единице ее поперечного сечения, определяется законом Фика - [c.98]

    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]

    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]


    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]

    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]

    Полученные суммарные зависимости хода процесса являются составными частями следующего уровня модели и не зависят от его масштаба. Например, закономерности протекания процессов в составных частях модели второго уровня (см. рис. ХУ-2), т. е. переноса вещества и тепла внутри поры катализатора и стадии химического превращения, не зависят от масштаба зерна и капилляра. Влияние масштаба на распределение концентраций и температур по длине поры и скорость химического процесса определяются краевыми условиями зерна и характером массо- и теплообмена между наружной поверхностью и ядром потока. Наблюдаемые зависимости скорости реакции от концентраций и температуры на пористом зерне не зависят от масштаба следующего уровня (слоя катализатора) и входят в него как составляющая математической модели в неподвижном слое. [c.465]

    Поэтому в ряде случаев диффузия и теплопроводность проходят очень по-разному. Рассмотрим, например, передачу тепла и вещества внутри пористого зерна катализатора. Небольшой участок зерна в крупном масштабе схематически изображен на рис. 15.2. Диффузия идет здесь по извилистым узким порам между твердыми частицами. Перенос же тепла происходит в основном по твердому . Путь диффузии из точки А в точку В оказывается гораздо длиннее пути теплопроводности, перенос тепла существенно интенсивнее, чем перенос вещества. [c.180]

    Почти все существующие модели регенерации закоксованного слоя катализатора относятся к неподвижному слою [146, 147, 149, 150, 160-162]. В принципе полная математическая модель нестационарного процесса в слое катализатора учитывает продольный и радиальный перенос тепла и вещества в слое катализатора, а также наличие температурных и концентрационных градиентов внутри пористого зерна, т. е. включает в себя модель (4.15)-(4.16) [159]. Математическое описание такой модели представляется очень сложной системой дифференциальных уравнений в частных производных. Поэтому, чтобы математически моделировать такой сложный процесс, как регенерация катализатора, обычно прибегают к ряду упрощающих допущений. [c.83]

    Закономерности массопередачи внутри пористого твердого-зерна значительно сложнее, чем при простой молекулярной диффузии. Внутренняя поверхность катализатора, образуемая стенками пор и капилляров, определяется их размерами и зависит от способа приготовления катализатора. В крупнопористых катализаторах с 1000 А возможна лишь молекулярная диффузия, описываемая законами Фика. В узких порах с 1000 А, т. е. сравнимых с длиной свободного пробега молекул, механизм переноса вещества существенно изменяется — возникает так называемое кнудсеновское течение, при котором скорость переноса вещества снижается из-за столкновений молекул со стенками пор. В этом случае коэффициент диффузии прямо пропорционален радиусу пор  [c.185]

    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]

    Вторым этапом является создание модели процесса на одном пористом зерне катализатора. В этой модели учитывается перенос вещества и тепла внутри зерен катализатора во время протекания химической реакции. Связь с первым уровнем описываются уравнениями материального и теплового балансов. [c.175]

    Перенос вещества из потока газов к внешней поверхности зерен происходит двумя. способами . нормальной (обычной молекулярной) диффузией и конвекцией. Промышленные процессы проводятся в условиях интенсивного движения реагирующего газа при этом в основной части потока нормальная диффузия играет пренебрежимо малую роль, а благодаря конвекции достигается выравнивание состава по сечению аппарата. Вблизи внешней поверхности зерен создается тонкий слой, внутри которого концентрация реагентов меняется от значений в основном потоке Ср до концентраций на внешней поверхности зерен С , определяемой соотношением скоростей тепло- и массопереноса и химической реакции. Эта область называется диффузионным пограничным слоем. Поток вещества сквозь диффузионный пограничный слой сферического зерна катализатора определяется из уравнения [c.53]

    К рассматриваемой группе принципиальных вопросов, возникающих при исследованиях кинетики различных реакций, относится выбор размера зерен катализатора. В зависимости от геометрических размеров и формы последнего изменяются условия диффузии реагентов в толщу контакта и наряду с этим гидравлический режим основного потока вследствие изменения гидравлического диаметра каналов насадки. При работе с пористыми катализаторами в кинетической области реагирующая смесь, проникающая внутрь пор, имеет довольно близкий состав во всех порах одного зерна. Перенос реагирующих веществ в омывающем катализатор ламинарном потоке происходит за счет диффузии, а при турбулентном — преимущественно благодаря конвекционному перемещиванию и лишь в тонкой пленке, непосредственно у поверхности гранул, — диффузией. Перенос внутри пор отдельных зерен во всех случаях происходит только за счет диффузии. [c.138]

    При осуществлении контактных реакций посредством пропускания потока реакционных газов через слой зернистого катализатора химическое превращение сопровождается следующими физическими стадиями перенос реагирующих веществ из газового потока между зернами к поверхности зерен катализатора и продуктов реакции в обратном направлении, диффузия реагирующих веществ и продуктов в порах зерен контактной массы, теплопереход внутри зерен, теплообмен ме кду поверхностью зерен катализатора и газовым потоком и, наконец, при наличии внешнего теплоотвода или подогрева, перенос тепла внутри слоя контактной массы в направлении, нормальном к стенкам сосуда, содержащего катализатор. Если скорости этих физических этапов малы по сравнению со скоростью [c.404]

    Процесс в пористом зерне катализатора. Принимаем, что перенос вешества А из потока к поверхности катализатора достаточно интенсивен, т. е. концентрации реагентов в потоке и у поверхности катализатора одинаковы. Физическая схема процесса следующая. Исходные вещества диффундируют по порам катализатора внутрь пористого зерна. Одновременно происходит превращение (протекает каталитическая реакция) на стенках пор. Поскольку размер пор много меньше размера зерна катализатора, химическое превращение можно представить как квазигомогенное диффузионно-проницаемое тело и диффузию вещества А в зерне катализатора можно характеризовать эффективным коэффициентом диффузии, а скорость реакции относить к единице объема зерна катализатора. [c.67]

    Влияние массопередачи внутри зерна катализатора на кинетику гетерогеннокаталитических процессов впервые было учтено Зельдовичем и Тиле. При этом допускалось, что перенос вещества внутри зерна катализатора характеризуется некоторым эффективным коэффициентом внутренней диффузии >, не зависящим от концентрации и расстояния от поверхности катализатора (т. е. предполагалась изотропность последнего), и что градиент температур внутри пор отсутствует. [c.185]

    Математическая постановка задачи. Рассмотрим разностные методы решения системы дифференциальных уравнений, оннсы-вающнх процессы тепломассонереноса в двумерном реакторе с неподвижным слоем катализатора. При этом будем учитывать распределение температуры и концентраций внутри зерна катализатора, перенос тепла по скелету катализатора и неравномерность распределения температуры и концентрации веществ по радиусу реактора. Естественным обобщением модели, предложенной в [1], на случай двумерного неадиабатического реактора будет следующая система дифференциальных уравнений  [c.128]

    Простейшей и наиболее распространенной формой математического описания процессов в неподвижном слое являетс я континуальная, или диффузионная модель. Допущение, лежащее в основе этой модели, заключается в том, что слой считается квазиоднородным, а перенос вещества н тепла описывается диффузионными уравнениями с некоторыми эффективными коэффициентами диффузии Z) и температуропроводности а. С подобной моделью мы уже встречались при описании процессов в пористом зерне катализатора (гл. III, п. 3). Применительно к процессам в неподвижном слое уравнения диффузионной модели выведены уже давно [5, 6]. Степень точности этой модели и условия ее применимости остаются, однако, невыясненными до сих пор. Диффузионную модель можно строго обосновать, если допустить, что внутри реактора может быть [c.184]

    Перенос вещества внутри пористого зерна катализатора характеризуется эффективным коэффициентом диффузии л ". В реальном зерне катализатора поры извилисты, неодинаковы по диаметру и длине,имеют разную шероховатость, могут образовывать замкнутую сеть каналов и каверны различной формы. Поэтому будем рассматривать пористое зерно как квазигомогенную среду и характеризовать скорость дифйгзии реагентов эффективным коэффициентом диффузии /19, 43-4 . [c.68]

    Особым видом переноса, который приходится учитывать при гетерогенном катализе, является вынужденное течение, т. е. перенос вещества под действием разности давлений снаружи и нутри поры. Перепад давлений может быть следствием изменения числа молей вещества при реакции (гидрирование, дегидрирование и др.) или больших абсолютных значений тепловых эффектов, что приводит к перегреву или переохлаждению внутри зерна катализатора, обладающего, как правило, невысокой теплопроводностью. Во всех случаях создается поток йещества внутрь поры или наружу, который отражается на общей диффузионной картине. Вынужденное течение описывается законом Пуазейля, а коэффициент переноса (диффузии) оказывается пропорциональным перепаду давлений ДР. [c.306]

    Первый связан с трудностями, которые встречаются при попытке аналитического решения уравнений, оцисывающих перенос вещества и тепла внутри зерна катализатора. По-видимому, традиционные физические величины, цри помощи которых в настоящее время расчетными методами характеризуют явления проникания вещества и тепла в слое и внутри зерна катализатора, не в состоянии удовлетворить требованиям, предъявляемым к достаточно точному описанию явлений переноса в пористых катализаторах. Судя по работам, которые опубликованы в последнее время, а также представленным на настоящем симпозиуме, можно отметить определенную тенденцию к уменьшению работ по экспериментальному исследованию детальных процессов переноса вещества и тепла внутри зерна. По нашему мнению, причиной этого является, с одной стороны, большие экспериментальные трудности [c.35]

    Динамические характеристики. Из-за внешних воздействий и (или) изменений внутренних свойств катализатора и реактора в целом температурные и концентрационные поля в слое катализатора меняются во времени. При этом, как было показано, те параметры, влияние которых в стационарном режиме можно было не учитывать, часто оказываются существенными в нестационарном процессе. К таким параметрам можно отнести, например, дисперсию вещества вдоль слоя катализатора, массоемкость и теплоемкость слоя, неравподоступность наружной поверхности зерна, внешний тепло- и массообмен. В стационарном режиме значительное число факторов воздействует на состояние системы независимо и часто аддитивно. Это позволяет использовать более узкие модели и эффективные параметры, отражающие суммарное влияние этих факторов. В нестационарном режиме степень влияния этих же факторов может быть иной и, кроме того, сильно зависеть от состояния системы. Р1х влияние необходимо учитывать порознь. Так, например, дисперсию тепла вдоль адиабатически работающего слоя катализатора в стационарном режиме вполне достаточно представить коэффициентом эффективной продольной теплопроводности. В нестационарном режиме это недопустимо — необходимо учитывать раздельно перенос тепла по скелету катализатора, теплообмен между реакционной смесью и наружной поверхностью зерна и иногда перенос тепла внутри пористого зерна. Из-за инерционных свойств в нестационарном режиме имеют место большие, чем в стационарном, градиенты температур и концентраций на зерне и в слое катализатора. Это приводит, иапример, к отсутствию пропорциональной зависимости между температурой и степенью превращения, непродолжительному, но большому перегреву у поверхности зерна с наилучшими условиями обмена, значительным перегревам слоя — динамическим забросам, на-Л1Н0Г0 превышающим стационарные перепады температур между входом и выходом из слоя могут быть в несколько раз больше адиабатического разогрева при полной степени превращения. Сдвиг по фазе между температурными и концентрационными полями иногда приводит к возникновению колебательных пере- [c.13]

    Неудивительно, поэтому, что скорость переноса реагирующих веществ внутри пор, пронизывающих зерна контакта, оказывает существенное влияние на протекание большинства контактных процессов. К сожалению, мы не располагаем пока данными о структуре большинства промышленных катализаторов. Опубликованные в последнее время исследования структуры не сопоставляются с каталитической активностью, а иногда даже совсем неуказываются состав катализатора и область его применения. Подробно исследованы катализаторы синтеза аммиака. По данным Эмметта и Брунауера , поверхность железного катализатора, промотированного окисями алюминия и калия, составляет 6.5-10 см /см , что в случао однородной структуры соответствует диаметру капилляров около 10 см. Внутренняя поверхность силикагелей достигает 5-10 см /см , и преобладающий диаметр пор лежит в интервале 10 —10 см. Некоторые сорта содержат также значительное число и крупных нор. Того же порядка размер пор алюмо- и феррогелей. Внутренняя поверхность активированных углей достигает 8 10 см /г при радиусе капилляров 10 см и меньше. [c.413]

    Местами наиболее интенсивного испарения, к которым при сущке перемещается раствор, являются выходящие наружу щиро-кие поры, ограниченные более узкими проходами. В момент, когда концентрация растворенного вещества превысит значение, отвечающее насыщению Снас, начнется кристаллизация активного компонента на этих местах. Процесс кристаллизации будет продолжаться, пока внутри зерна не останутся только разъединенные объемы тонких тупиковых пор. Далее, до полного испарения растворителя, кристаллизация активного компонента будет осуществляться без переноса раствора активная составляющая при этом сравнительно равномерно выделяется во всем объеме зерна катализатора. Критический объем жидкости и, ниже которого она находится только в несоединенных между собой местах контакта, равен нижней границе области гистерезиса на адсорбционно-десорбционных кривых и легко может быть определен экспериментально. [c.141]

    Изложенные закономерности описывают кинетику собственно химич. превращения, не осложненного влиянием процессов переноса реагирующих веществ и тепла (область химич. кинетики). Промышленные катализаторы обычно представляют собой пористые зерна с развитой вяутрепней поверхностью, в десятки тысяч раз превышающей нарун ную поверхность. При достаточно бoльпJOЙ скорости химич. превращения наблюдаемая скорость каталитич. процесса зависит от скорости диффузионного переноса реагирующих веществ внутрь зерен и продуктов реакции в обратном направлении. Больиюе значение ири этом имеет пористая структура катализатора (объем и размеры пор), влияющая как на активность, так и на избирательность катализатора. Для каждого каталитич. нро- [c.236]

Смотреть страницы где упоминается термин Перенос вещества внутри зерен катализатора: [c.8]    [c.136]    [c.110]    [c.162]   
Смотреть главы в:

Катализ в производстве серной кислоты -> Перенос вещества внутри зерен катализатора

Катализ в производстве серной кислоты -> Перенос вещества внутри зерен катализатора



ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Зерно



© 2025 chem21.info Реклама на сайте