Пористость и размер зерен катализаторов

В процессе приготовления катализатора по разным причинам могут возникнуть трудности в приготовлении катализатора с заданной пористой структурой. Поэтому представляет интерес общая зависимость селективности и объемной производительности катализатора или всего реактора от параметров пористой структуры и размеров зерна. При этом определение оптимальной пористой структуры следует рассматривать как часть общего исследования взаимосвязи между пористой структурой катализатора и его объемной производительностью или селективностью. [c.120]

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]

Наконец, важнейшую роль играет и сам катализатор, способ его приготовления и т, д. Добавление различных модификаторов нли применение смесей оксидов и солей способно сильно изменять активность и селективность контакта. Так, некоторые каталитические яды (галогены, селен), дезактивируя серебряный катализатор окисления этилена, существенно повышают его селективность. Оксиды молибдена и висмута, в индивидуальном виде вызывающие полное сгорание олефинов, в форме молибдата висмута (В120з МоОз = 1 2) являются селективными катализаторами гетерогенного окисления пропилена. Большое влияние оказывают носитель, размер зерен катализатора, его пористость и т. д. Ввиду возможности последовательного окисления целевого вещества и высокой скорости самой химической реакции на поверхности катализатора переход процесса во внутридиффузиоиную область весьма нежелателен, поэтому используют катализаторы с небольши.ми зернами и сравнительно крупными порами. [c.416]

Однако при более строгой постановке вопроса оптимизация пористой структуры и размеров зерна катализатора не может быть оторвана от задачи оптимизации реактора в целом, так как только в последнем и могут быть реализованы те или иные качества самого зерна [c.190]

Уравнение (2.124) показывает, что удельная активность и размер зерна катализатора влияет на параметры оптимальной пористой структуры е, К и, следовательно, Поэтому от условий протекания процесса (температура, размер зерна) зависят параметры оптимальной пористой структуры. [c.79]

Оптимальный размер (диаметр) зерен катализатора da определяют исходя из кинетических н гидродинамических соображений. По данным кинетических опытов или аналитическим расчетом находят максимальный размер зерна, при котором внутридиффузионное торможение существенно не влияет на скорость процесса. В зависимости от пористости зерна и от соотношения скоростей диффузии и реакции для данной реагирующей смеси допусти.мые размеры зерна катализатора колеблются от 0,1 до 3 мм. Однако по результатам последующих гидродинамических расчетов, прежде всего гидравлического сопротивления слоя, максимально допустимый размер зерна может оказаться неоптимальным. Линейная скорость газа в слое, а следовательно, и высота слоя (при заданной объемной скорости) повышаются с увеличением размера зерна. Поэтому для уменьшения гидравлического сопротивления слоя необходимо применять более мелкие зерна, чем максимально допустимые по кинетике процесса. Но для равномерного распределения газа необходима минимальная высота слоя зерен (50—100 мм), и если по расчетам (например, для активного катализатора) получается слой меньшей высоты, то следует увеличивать и высоту, и, соответственно, размеры зерна. Окончательно размеры зерна уточняются после определения гидравлического сопротивления, и линейной скорости газа в реакторе. [c.252]

Рис. 4.29. Зависимость константы скорости реакции к (штриховая линия) и наблюдаемой константы скорости превращения в пористом зерне катализатора от температуры Т(а) и размера зерна катализатора Лд (б) пунктиром указаны границы режимов I— кинетического II— переходного III— внутридиффузионного

Рис. 2.36. Зависимость константы скорости реакции к (пунктир) и наблюдаемой скорости превращения АГ в пористом зерне катализатора от температуры Т (й) и размера зерна катализатора Ло (б). Пунктиры разделяют области режимов

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]

При уносе активного компонента может, очевидно, изменяться и величина удельной поверхности той его части, которая еще остается в катализаторе. Так как упругость пара над поверхностью частиц по мере уменьшения их размера возрастает, то основной тенденцией изменения величины удельной поверхности при уносе активного компонента, по-видимому, должно быть ее уменьшение в результате испарения наиболее мелких частиц и процесса переконденсации. Вместе с тем возможность реализации этой тенденции зависит от энергии взаимодействия фаз (теплоты адсорбции активного компонента) и пористой структуры зерна катализатора. [c.21]

Однако при более строгой постановке вопроса оптимизация пористой структуры и размеров зерна катализатора не может быть оторвана от задачи оптимизации реактора в целом, так как только в последнем и могут быть реализованы те или иные качества самого зерна [34]. За основу расчета реактора можно принять следующий критерий оптимальности (см. главу IX) [c.190]

Пористая структура и размеры зерна катализатора через, диффузионные явления, прежде всего влияют на активность и избирательность катализатора. Эти вопросы рассматривались в главе III. Однако структура катализатора влияет не только на эти свойства. Она определяет в значительной мере механическую прочность катализатора и тем влияет на егодолговечность. Скорость зауглероживания катализатора и скорость регенерации, также зависят от структуры пор катализатора. Форма и размер зерен определяют и - гидравлическое сопротивление слоя катализатора и следовательно энергетические затраты на транспорт потока. В отношении активности и селективности катализатора и сопротивления слоя можно в более или менее строгой форме применять теоретически обоснованные методы оптимизации структуры и формы, в отношении же остальных свойств, на которые влияют структура и форма, приходится применять названные выше методы эмпирической оптимизации или расчетного сравнения отдельных вариантов. [c.189]

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]

Приведенная ниже математическая модель процесса в зернистом слое катализатора позволяет учитывать влияние как внешних, так и внутренних неоднородностей. При этом предполагается, что течение потока является установившимся по всему реактору, поток газа плоский, симметричный, проницаемость слоя является функцией пористости и размера зерна. Ограничимся рассмотрением реактора с малым перепадом давления по слою Ар < /). Коэффициенты тепло- и массопереноса считаем пропорциональ- [c.57]

Важной практической характеристикой работы пористого катализатора является степень использования внутренней поверхности т]. В общем случае этот параметр является функцией многих. переменных (формы п размера зерна, размера и степени однородности пор, природы реагентов, температуры, давления, концентрации реагентов и т. д.). [c.59]

Третью операцию осуществляют с помощью турбогазодувок, транспортирующих газ через всю систему. По энергозатратам это одна из самых дорогих операций, поэтому всегда стремятся создать зерна катализатора таких размеров и формы, чтобы обеспечить минимальное гидравлическое сопротивление (увеличение свободного объема слоя катализатора). Для этого формуют катализатор в виде крупных гранул или таблеток с минимальным размером 4—6 мм и наибольшим (длина гранул) до 14 мм, хотя при этом используется на первых стадиях контактирования лишь 30—50% внутренней поверхности пористой гранулы. Иногда изготовляют кольцеобразные, звездообразные и другие виды частичек катализатора, хотя это удорожает его изготовление. В кольцеобразном катализаторе одновременно со снижением [c.13]

Средний размер зерна ср определяется на основе рассмотрения гидродинамики и кинетики. С одной стороны, ср определяет Шв, а следовательно, и оптимальное число взвешивания (псевдоожижения) (см. ниже). С другой,— для всех пористых катализаторов желательно выполнение неравенства д. 21, для того чтобы процесс не лимитировался стадией диффузии в порах. [c.295]

Поскольку число глобул в зерне катализатора достаточно велико, то глобулярную модель процесса можно описать уравнением квазигомогенной модели. Связь между геометрическими параметрами пористой структуры (размер пор, удельная поверхность, пористость) найдем из данных, приведенных в табл. 2.1. [c.34]

Зависимость Д" процесса окисления диоксида серы представлена на рис. 2.4, о [70]. По наклону начального прямолинейного участка определяют 1 а. Знаменатель вьфажения (2.32) можно найти интегрированием экспериментальной зависимости ь/(с) = -г(с) (рис. 2.4, б) от Сп до с ав . Этот способ определения Одф применим, если можно приготовить зерна катализатора различного размера с одинаковой пористой структурой. [c.44]

Основные результаты расчета при различных технологических параметрах представлены в табл. 10.1. В расчетах варьировались теплопроводность зерна катализатора, линейные размеры гранул катализатора, состав смеси на входе в аппарат, скорость фильтрации и время контакта. В таблице представлены средние за цикл концентрации аммиака на выходе из слоя и максимальная температура катализатора. Из данных, приведенных в таблице, можно сделать вывод о влиянии размеров зерна катализатора на технологические характеристики нестационарных режимов. С ростом размеров зерна катализатора уменьшается максимальная температура, что вызвано снижением коэффициента межфазного теплообмена и ростом характерного времени теплопереноса в пористом зерне. Сов-иместное действие этих двух факторов увеличивает ширину зоны реакции, и, как следствие, максимальная температура понижается. Выход аммиака увеличивается. Это еще раз подтверждает уже обсуждавшийся ранее вывод о том, что при осуществлении процесса в нестационарном режиме часто при увеличении размера зерна внутренний массоперенос оказывает меньшее влияние на выход продукта, чем межфазный теплообмен и теплоперенос внутри зерна катализатора. Например, по данным расчетов при увеличении диаметра зерен катализатора с 5 до 14 мм максимальная температура в слое уменьшается с 587 до 552°С. При этом средняй- за цикл выход аммиака увеличивается с 15,5 до 17,2%. Дальнейшего снижения максимальной температуры можно добиться за еявт использо- [c.213]

Следовательно, даже если отношение к к1 будет велико (что предпочтительнее), отношение наблюдаемых скоростей может быть значительно меньше, поскольку оно зависит от корня квадратного из к к . Поскольку, однако, гидрирование диенов идет на гладких поверхностях с большими константами скоростей, чем гидрирование ацетиленовых углеводородов, то при осуществлении этих конкурирующих реакций на пористом катализаторе более быстрая реак1да (с к- ) будет замедляться диффузией в узких порах сильнее (в у раз), чем более медленная реакция (с к ), т. е. при переходе от внутрикинетической во внутридиффузионную область селективность катализатора в отношении конкурентного гидрирования ацетиленовых соединений в присутствии диенов возрастает (тем сильнее, чем больше размер зерна катализатора и меньше его поры). Напротив, такой переход нежелателен для смеси этилен + ацетилен, так как на алюмопалладиевом широкопористом катализаторе именно ацетилен быстро и селективно гидрируется в этилен. [c.93]

Создание катализатора с оптимальной пористой структурой — весьма сложная задача, легче всего она может быть решена па ранних стадиях его приготовления. Явление внутридиффузионного торможения приводит к тому, что не весь объем зерна катализатора участвует в реакции. Толш ина работаюш его слоя может быть определена путем сопоставления удельных каталитических активностей в кинетической и диффузионной областях. В условиях промышленг ной эксплуатации катализаторов чаще всего используется не более 20—40% объема зерна каталцзатора. Из этого следует, что для снижения влияния внутридиффузионного торможения необходимо увеличивать геометрическую поверхность катализаторов. Наиболее простым способом такого увеличения является уменьшение размеров зерна катализатора. Однако это приводит к возрастанию сопротивления слоя катализатора, так как оно обратно пропорционально доле свободного объема в третьей степени. [c.96]

Повышенное значение пористости вблизи офани-чивающих поверхностей можно объяснить изменением геометрии укладки частиц вблизи стенки. В этом случае область влияния твердой стенки по радиусу аппарата достигает 4-6 диаметров частиц [6, 19]. Очевидно, что для аппаратов (или их трубчатых элементов), диаметр которых во много раз больше размера зерна катализатора, пристенная неоднородность не играет существенной роли. [c.567]

Катализатор приготовляют путем ряда последовательных химических, механических и физических операций. Хороший технический катализатор должен обладать достаточной активностью и обеспечивать избирательность ряда процессов. Кроме того, он должен иметь подходящую макроскопическую структуру (пористость, размер зерна), обеспечивающую достаточный материальный обмен, и не способствовать уничтожению целевого продукта (например, окиси этилена, акролеина и др.). В промышленных условиях катализатор должен работать без снижепия активности. Он должен обладать механической прочностью, высокой теплопроводностью и т. д. Обычно окислительные полупроводниковые, а также и металлические катализаторы готовят разложением солей, которыми пропитывают носители. Другим расиростраиенным способом приготовления окислительных катализаторов без носителя является осаждеиие их из раствора гидроокиси, затем сушка, разложение до окиси металла и либо формование и использование этого соединения для процесса, либо восстановление оксида до металла. Металлический порошок таблетируют и применяют в качестве катализатора в контактных аппаратах. [c.23]

Увеличение пористости и уменьшение размеров зерна катализатора способствует развитию поверхности, что ускоряет процессы, идзтцие во внутридиффу-зионной области. [c.21]

Среди полидисперсных структур наибольший интерес представляют бидисперсные разветвленные структуры, содержащие поры двух размеров макропоры радиуса Гд, пронизывающие зерно катализатора, и примыкающие к ним ответвления - микропоры радиуса r (см. рис. 2.1,6). Микропоры образованы микроглобулами радиуса К,-. Последние сгруппированы в макроглобулы радиуса йд, пространство между которыми образуют макропоры. Общая пористость катализатора бидисперсной структуры [c.49]

Плавленые катализаторы восстанавливают водородом при 375—500° С в течение 25—60 час. [10,88—90] или при 1000° С в течение 1,5—6 час. [67—69, 91—93] при атмосферном или повышенном (до 10 атм) давлении. Пары воды и СОг отрицательно влияют на активность катализаторов [89]. В процессе восстановления при 450° С поверхность катализатора и объем пор растут линейно е увеличением степени восстановления до 80% 88]. При степени восстановления более 80% поверхность увеличивается быстрее, чем объем пор. Средний диаметр пор при температуре восстановления 450° С составляет 333 А, а при 500° С 830 А. Размер зерна катализатора в интервале 400—650° С не изменяется. Пористая структура возникает благодаря удалению кислорода из окислов железа [88, 90]. Чем выше температура, тем быстрее протекает восстановление. Поверхность восстановленных плавленых катализаторов составляет 5—20 м г [4, 88]. Промоторы, введенные в катализатор, стабилизируют структуру, возникаюш,ую при восстановлении, но не предохраняют от спекания. В ходе восстановления промоторы выходят на поверхность возникаюш их кристаллов а-Ге, в котором они не растворимы [68, 94]. В восстановленных образцах плавленых катализаторов обнаружены а-Ге, а-кварцит, 7-А120з и соединения типа андалузита. Активность спеченных катализаторов повышается при обработке горячей водой, по-видимому, вследствие удаления сернистых соединений и образования мелкодисперсной высокоактивной окиси железа при разложении ферритов [75, 76]. [c.13]

Положение с диффузионным торможением дополнительно осложняется при переходе от однокомпонентного цеолита к двухкомпонентной системе цеолит — матрица. Одна из важнейших функций матрицы должна состоять в обеспечении транспорта вещества к цеолитному компоненту, равномерно распределенному в массе аморфного материала. Исходя из предположения, что зерно цеолитсодержащего катализатора представляет собой систему, состоящую из бидисперсной матрицы с ветвящимися модельными порами и цеолитного компонента, являющегося точечным источником поглощения сырья, выполнен анализ влияния пористой структуры и размера зерна катализатора на показатели процесса каталитического крекинга [401. Установлена возможность значительного роста производительности зерна цеолит- [c.76]

Предположим, что температура постоянна по всему объему пористого зерна катализатора. Структура пор зерна очень сложна и может быть описана только статистически. Поры — это извилистые пересекающиеся ходы различного размера. Если считать их цилиндрическими, то можно говорить о распределении размера пор, понимая под ним долю порового пространства, приходящуюся на поры с диаметром, лежащим внутри данного интервала. Это распределение определяется путем прецизионных адсорбционных измерений и в некоторых случаях (например, когда таблетки катализатора прессуются из мелких пористых частиц) оказывается, что в катализаторе имеются два класса пор резко различного размера. Так, в частицах глинозема, исследованных Ротфельдом и Ватсоном, имеется одна группа пор с диаметром — 1,25 жк и другая — с диаметром [c.130]

Катализатор состоит из никеля, закиси никеля на пористом носителе, представляющим собой алюмомагниевую шпинель состава MgAl204. Содержание металла на катализаторе составляет 5— 15%. При получении катализатора смешиваются 16,1 MgO (размер зерна 4—49 мк), 62,5 AI2O3 - ЗН2О (размер зерна 70—25 м) и 0,79 г порошкообразного стеарата магния. Смесь прессуют в виде таблеток под давлением 7 т/см . Таблетированный катализатор в виде цилиндриков диаметром 6 X G мм на- [c.174]

Как уже отмечалось, при больших размерах зерен катализатора, больших скоростях химической реакции, высоком адиабатическом разогреве с.л1ееи возможны ситуации, когда необходимо учитывать процессы переноса внутри пористого зерна катализатора. Это может произойти, например, тогда, когда нарушаются условия (3.10) —(3.11). Существенное влияние на характеристики фронта может оказывать и величина теплопроводности скелета слоя катализатора с увеличе1нием значения максимальная температура во фронте уменьшается. Также уменьшается и скорость движения фронта. [c.93]

Активнсгсть катализатора, определяемая его химическим составом, пористой структурой, размером зерна и продолжительностью работы. [c.243]

Оптимальный размер частиц катализатора определяется гидродинамикой и кинетикой процесса. Известно, что при проведении процессов в кипящем слое благодаря возможности применения тонко дисперсных катализаторов, их внутренняя поверхность используется наиболее полно. 100%-ное использование внутренней поверхности соответствует такому размеру частиц катализатора, при котором процесс из внутридиффу-зпонной области переходит в кинетическую. Таким образом, из соображений кинетики, радиус частиц катализатора сферической формы не должен превышать глубины проникновения молекул реагирующих газов внутрь зерна. Диаметр частиц катализатара известной пористой структуры, при котором степень использования [c.255]

С, уменыпениеы размеров зерен катализатора увеличивается его удельная поверхиость (поверхиость единицы объема катализатора) и степень исполг,зоваиия внутренней поверхности пористых зерен. Во многих случаях уменьшение величины зерен катализатора позволяет интенсифицировать контактно-каталитические процессы. Проведение процесса в неподвижном слое катализато )а, зерна которого меньше 2—3 мм, крайне затруднительно. При этом нарушается равномерность движения газа через слой ката- [c.415]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология