Моделирование пористой структуры катализаторов

Цель этого этапа моделирования — определение границ кинетической области, а также оптимальных пористой структуры, формы и размеров зерен катализатора. Работами многих ученых " -созданы методы анализа скорости протекания химических процессов в пористых зернах и даны важнейшие рекомендации -зо, 52,5з JJo выбору указанных оптимальных параметров. Развитие математического моделирования при помощи ЭВМ открыло новые возможности дальнейшего совершенствования методов расчета и детального изучения механизмов химических реакций на пористых катализаторах. [c.472]

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]

Первый этап моделирования состоит в выявлении и описании структуры реактора (выделение уровней сложного процесса и установление связей между ними). Первым таким уровнем служит кинетическая модель процесса (см. гл. 4). Вторым уровнем для реактора с неподвижным слоем является модель процесса на одном пористом зерне катализатора. Составные части этой модели представляют собой стадии массо- и теплопереноса внутри зерен катализатора и химического превращения на активной поверхности. Связи между стадиями описываются уравнениями материаль- [c.115]

Проведенные расчеты и анализ результатов показывают, что оптимизация пористой структуры и размеры зерна являются существенным резервом повышения производительности катализатора. Применение методов математического моделирования и расчеты на ЭВМ позволяют определить оптимальные параметры пористой структуры и размер зерна. Объем и характер информации о влиянии пористой структуры катализатора на технологические и экономические показатели процесса, которые можно получить расчетным методом, практически невозможно получить с помощью эксперимента. Несмотря на недостатки существующих методов моделирования пористой структуры катализаторов и связанной с этим приближенный характер результатов, данные, полученные расчетным методом, могут оказать существенную пользу при планировании экспериментальных работ, направленных на создание эффективных катализаторов. [c.200]

Vil. 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ КАТАЛИЗАТОРОВ [c.161]

Метод математического моделирования пористых структур [2] дает возможность произвести качественную и количественную оценку граничного эффекта для адсорбентов и катализаторов различной формы в функции плотности структуры. Поскольку моделирование ведется в относительных единицах, его результаты применимы для макро- и микросистем. Для малых плотностей заполнения, когда с достаточной точностью можно считать распределение центров масс глобул (или каталитических центров в катализаторах с наполнителем) равномерным, граничный эффект можно оценить граничным слоем, где эти центры отсутствуют. Так, для упаковок равных сфер этот слой определяется их радиусом. [c.73]

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]

Конечной целью, к которой стремится исследователь, занятый разработкой нового промышленного катализатора, является создание такого катализатора, который обеспечил бы оптимальную работу химического реактора. Оптимальность реактора может быть определена посредством экономического критерия, в котором могут быть учтены многие факторы, влияюш ие на рентабельность процесса. В качестве критерия оптимизации могут быть использованы такие показатели, как производительность реактора по целевому продукту, селективность процесса, себестоимость одного или нескольких целевых продуктов, эксплуатационные затраты и т. д. Определение технологических и конструктивных параметров процесса, при которых критерий принимает оптимальное значение, является одной из задач математического моделирования. Как это следует из анализа макрокинетики гетерогенно-каталитических реакций, в число конструктивных параметров, подлежащих оптимизации, должны входить размер зерна и параметры, характеризующие пористую структуру катализатора. На эти переменные могут быть наложены ограничения, определяемые условиями эксплуатации или технологией производства катализатора. [c.185]

Константы скорости реакций промежуточных частиц в газовой фазе в основном известны. Однако полное моделирование должно включать помимо знания констант скорости взаимодействия промежуточных частиц (главным образом, свободных радикалов), также сведения о пористой структуре катализатора. Поэтому трудно надеяться на рациональный подбор катализаторов, и обычно ограничиваются общими рекомендациями не искать катализаторы из числа оксидов переходных металлов, не стремиться получать катализатор с высокой удельной поверхностью. [c.323]

Работами многих ученых [1—11] созданы методы анализа скорости протекания химических процессов на пористых катализаторах и даны основные рекомендации [4—10, 12, 13] по выбору оптимальной пористой структуры. Развитие математического моделирования каталитических процессов [14] с помощью электронных вычислительных машин открыло возможность дальнейшего развития методов расчета и детального анализа протекания химических процессов в катализаторах со сложной пористой структурой для любых заданных условий. В настоящей работе будут приведены некоторые результаты моделирования каталитических процессов на одном зерне, выполненные в Институте катализа СО АН СССР совместно с О. Малиновской и В. Бесковым. [c.28]

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]

Проведен обзор работ из механики сыпучих тел, которые могут быть полезными при исследованиях флуктуаций пористости в неподвижных слоях катализатора и связанных с ними гидродинамических неоднородностей. Рассмотрено напряженное состояние сыпучего слоя и расчетные модели, используемые в механике. Отмечено влияние способов загрузки на структуру слоя и приведены рекомендации по физическому моделированию его напряженного состояния с использованием эквивалентных материалов. Показано влияние ограждающих поверхностей на структуру слоя. Для объяснения процесса формирования крупномасштабных и локальных неоднородностей пористости предложен механизм сводообразования. Ил. 6. Библиогр. 87. [c.173]

Влияние пористой структуры катализатора на технико-экономические показатели процесса, исследуемое с помощ,ью мате-д1атического моделирования, практически невозможно установить экспериментальным путем. Несмотря на недостатки существующих методов моделирования пористой структуры катализаторов и связанный с этим приближенный характер расчетных результатов, данные, полученные с помощью математического моделирования гетерогенно-каталитических реакций, могут оказать существенную помощь при планировании экспериментальных работ, связанных с созданием эффективных катализаторов [77]. [c.169]

Фенелонов В. Б., Заграфская Р. В. Некоторые вопросы моделирования структуры катализаторов, носителей и адсорбентов.— В кн. Моделирование пористых материалов. Новосибирск, 1976. [c.277]

Наконец, очень важной, практически нерешенной проблемой является изучение взаимосвязи пор. Как видно из материала настоящей главы, до сих пор моделирование пористых структур основывалось на выделении характерного повторяющегося элемента. В однородных моделях этот элемент, будучи одинаковым для любого участка модели, описывал структуру всего пористого тела в неоднородных моделях эта структура представлена совокупностью элементов разного размера, а иногда и разной формы, причем подразумевается, что эти элементы независимы друг от друга. Последнее допущение практически никогда не выполняется (за исключением моделирования щелевидными порами слоистых структур) в реальных системах широкие поры переходят в узкие, и наоборот каждая полость-пора сообщается проходами разного размера с соседними порами. Это приводит к тому, что при использовании для изучения пористой структуры методов капиллярной конденсации и ртутной порометрии, по существу, оцениваются размеры наиболее широких проходов из одной полости в другую, остальные остаются неохарактеризованными. На это мы указывали, объясняя различие в средних размерах горла пор на 25%, оцененных по глобулярной модели и по капиллярной конденсации [73]. Более того, относительно широкие проходы между полостями внутри зерна адсорбента или катализатора оказываются блокированными при десорбции капиллярного конденсата или вдав- [c.272]

Приведенные результаты расчетов свидетельствуют о том, что регулирование пористой структуры катализатора является эффективным средством повышения его объемной производительности. Создание оптимальной пористой структуры может привести к увеличению объемной производительности катализатора от десятков до нескольких сотен процентов, а это может повлиять на выбор конструкции реактора. Объем информации о влиянии пористой структуры катализатора на технико-экономические показатели процесса, полученной с помощью метода математического моделирования, практически невозможно получить экспериментальным путем. Несмотря на недостатки существующих методов моделиро- [c.171]

Геометрические модели] твердого каркаса пористой среды. Большое число катализаторов имеет корпускулярное строение, которое представляет собой совокупность частиц различной формы, связанных в пространственный каркас. Точнее всего пористые структуры такого типа описывает глобулярная модель, представляющая каркас твердого тела. Основной топологической структурной характеристикой глобулярных моделей является координационное число узлов (контактов глобулы). Этот подход был применен к моделированию каркаса пористого те.ла в [19]. Основные гипотезы модели 1) тело состоит из разноразмерных шаров с рас- [c.127]

Автор более 200 научных публикаций, монографий Пористый углерод (1995) и Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов (2002 г., второе расширенное издание 2004 г.), соавтор монографий Моделирование пористых материалов (под ред. А.П. Карнаухова, 1975) и Современные подходы к исследованию и описанию процессов сушки пористых тел (под ред. В.Н. Пармо-на, 2001 г.), 18 авторских свидетельств и патентов. [c.121]

Трудности моделирования при изучении течения в пористых телах привели к ряду попыток экспериментально исследовать вклады отдельных элементов структуры пор в общий процесс течения. Иногда можно так изменить подлинную структуру пор, что появляется возможность изучения влияния различных их видов. Например, показано [60], что коэффициент диффузии в гранулах серебряного катализатора зависит только от объема пор. Изменение же величины микрообъема пор гранул различными средствами обработки не цмеет никакого значения для [c.106]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология