Гранулы катализатора пористость

Диффузия в пористых катализаторах. Перепое компонентов реакционной смеси внутри гранулы катализатора осуществляется главным образом посредством диффузии. Интенсивность диффузии внутри гранулы зависит от фазового состояния и состава реакционной смеси, физических свойств компонентов, составляющих реакционную смесь, строения пористой структуры катализатора, температуры и давления каталитического процесса. При изучении диффузии внутри пористого катализатора прежде всего необ.хо-димо учитывать влияние строения пористой структуры на интенсивность диффузии. Пористость катализатора, размер пор, их извилистость, форма и взаимное расположение — основные свойства пористой структуры, оказывающие влияние на интенсивность диффузии компонентов реакционной смеси внутри гранулы катализатора. Пористость катализатора, равная объему свободного пространства в единице объема пористой массы, определяет долю сечения гранулы катализатора, доступную для диффузии. Извилистость пор характеризует увеличение среднего пути диффузии, относительно длины в направлении, перпендикулярном внешней поверхности гранулы. Размер пор определяет механизм диффузии реагентов внутри пористой массы катализатора, если реакционная смесь является газофазной. При диффузии газов в порах молекулы каждого компонента реакционной смеси испытывают сопротивление своему движению в результате столкновения с молекулами других компонентов и с поверхностью пор. Если размер поры значительно превосходит длину среднего свободного пробега молекул газа, то число взаимных столкновений между молекулами будет значительно больше числа столкновений молекул с поверхностью поры. Перенос вещества будет протекать по закону молекулярной диффузии в свободном пространстве. Если размер пор значительно меньше длины среднего свободного пробега молекул газа, то молекулы сталкиваются преимущественно со стенками пор и каждая молекула двигается независимо от остальных. Такая диффузия называется кнудсеновской. В случае, когда длина среднего свободного пробега молекул газа соизмерима с размером пор, имеет место переходный режим диффузии. На режим диффузии жидкостей размер пор не оказывает влияния пока не становится соизмеримым с размером молекул жидкости. [c.60]

Расчеты проводятся на основе следуюш,их исходных данных g, В г — средний вес и диаметр единичной гранулы катализатора 5 — удельная поверхность пористого тела АУ/Д1д г — распределение объема пор по радиусу (рис. З.5.). [c.145]

Во многих аппаратах для тепловых и массообменных процессов каналы, по которым проходит жидкость или газ, имеют полое сечение (круглое или прямоугольное). Гидравлическое сопротивление таких аппаратов рассчитывают по тем же формулам что и сопротивление трубопроводов. Осадки на филь трах, гранулы катализаторов и сорбентов, насадки в абсорбционных и ректификационных колоннам и т. п. образуют в аппаратах пористые или зернистые слои II—3]. При расчете гидравлического сопро тивления таких слоев можно использовать зависи мость, на первый взгляд, аналогичную уравнению для определения потери давления на трение в трубопроводах [c.11]

Поскольку в грануле катализатора встречаются поры самых различных диаметров, то в обш,ем случае возможны все вышеперечисленные механизмы, так что теоретический расчет количества вещества, проникающего внутрь пористого катализатора, чрезвычайно затруднен. Ввиду этого часто рассматривают процесс в одной модельной поре или используют эффективный коэффициент диффузии -Оэф — полуэмпирическую константу, подстановка которой в уравнение Фика делает его справедливым для пористого вещества, т. е. [c.272]

При наличии гранул пористого катализатора реакция протекает на внешней поверхности и внутри самих гранул. Согласно квазигомогенной модели поры малы при сопоставлении с размером гранул и равномерно пронизывают ее. Реакция происходит,во всей грануле катализатора и активность характеризуется эффективной константой скорости, а перенос вещества — эффективным коэффициентом диффузии. Эта модель противоположна модели нереагирующего ядра с определенной зоной реакции, которая кажется целесообразнее и реальнее для большинства некаталитических реакций в системах газ—твердое вещество, описанных в главе ХП. [c.411]

При выводе выражений скорости процесса на основе квазигомогенной модели следует принимать во внимание его различные стадии, от которых может зависеть скорость реакции. Для одной пористой гранулы катализатора эти стадии заключаются в следующем. [c.411]

Для зерен катализатора с з менее 5—6 мм учет теплопереноса в пористом зерне не приводит к сколь-либо существенному понижению расчетной температуры. Для более крупного катализатора з = = 10—14 мм) в предположении изотермичности гранул катализатора расчетная максимальная температура увеличивается на 15—20°, [c.214]

Осажденные катализаторы [143, 145] получают соосаждением из раствора составных компонентов активной массы. В зависимости от природы получаемых осадков катализаторы делят на основные, кислотные и солевые. Для процессов в кипящем слое наибольшее применение из этой группы контактных масс нашли силикагели, алюмогели и алюмосиликаты, имеющие кислую поверхность и используемые в реакциях крекинга, алкилирования, полимеризации, изомеризации и т. д. В этом случае, при сливании исходных растворов образуется золь, быстро переходящий в гель. Гель способен при прохождении через слой органической жидкости (масла) коагулировать в частицы сферической формы. Получаются высокопрочные катализаторы, величина гранул и пористая структура которых определяется температурой, величиной поверхностного натяжения, вязкостью жидкости, используемой для грануляции, конструкций и размером гранулятора. Сферическая форма зерна способствует повышению его износоустойчивости. [c.128]

В промышленности работа большинства катализаторов лимитируется внутренней диффузией, при которой связь между активностью и удельной поверхностью не линейна, как при чисто кинетическом режиме, а пропорциональна квадратному корню из удельной поверхности, а также квадратному корню из пористости гранул катализатора. [c.35]

Влияние внутренней диффузии кратко обсуждалось в гл. 2, где было показано, что оно является наиболее важным ограничением производительности большинства пористых катализаторов, рабо-. тающих при умеренных температурах. В отличие от диффузии в газовой пленке, внутренняя диффузия не зависит от скорости газа вне гранул катализатора. С другой стороны, несомненно, она определяется объемом пор, их радиусом и размером гранул. [c.51]

В работах [6—7] показано, что посредством изменения давления прессования удается регулировать пористую структуру гранул катализаторов. При этом характер изменения пористости гранул касается распределения пор по их эффективным радиусам. Это в свою очередь отражается на скорости диффузии реагирующих веществ внутрь норового пространства катализатора, а следовательно,— на его активности. Каталитическая активность внутренней поверхности пор, по данным этих работ, не зависит от давления прессования, а общая активность катализаторов в связи с изменением размеров пор изменяется в зависимости от этого давления. [c.70]

Это уравнение показывает, что скорость реакции, лимитируемой внутренней диффузией, зависит от свойств гранул катализатора, например, от размера, пористости и поверхности. Следовательно, если оптимизируются размеры гранул катализатора и их стоимость, то важно учитывать ограничения, накладываемые внутренней диффузией. [c.52]

Р = 280 ama СО — 12% И — 80% инерты — 8% d катализатора — 5,5 мм I катализатора — Ifi мм, коэффициент пористости — 0,08 плотность гранул катализатора — 1,73 г/см плотность уплотненного слоя катализатора — 0,88 г/см [c.186]

Каталитическую активность гетерогенного катализатора характеризуют константой скорости реакции, отнесенной к одному квадратному метру поверхности раздела фаз реагентов и катализатора, или скоростью реакции при определенных концентрациях реагирующих веществ, отнесенной к единице площади поверхности. Промышленные катализаторы применяют в форме цилиндров или гранул диаметром несколько миллиметров. Гранулы катализатора должны обладать высокой механической прочностью, большой пористостью и высокими значениями удельной поверхности. Большую группу катализаторов получают нанесением активного агента, например платины, палладия, на пористый носитель (трегер) с высокоразвитой поверхностью. В качестве носителей применяют активированный уголь, кизельгур, силикагель, алюмогель, оксид хрома (П1 и другие пористые материалы. Носитель пропитывают растворами солей металлов, например Pt, Ni, Pd, высушивают и обрабатывают водородом при 250—500° С. При этом металл восстанавливается и в виде коллоидных частиц [л = (2 -f- 10) 10 м1 осаждается на поверхности и в порах носителя. Можно провести синтез катализатора непосредственно на поверхности носителя, пропитав носитель растворами реагентов, с последующей термической обработкой. Так получают катализаторы с металлфталоцианинами, нанесенными на сажу, графит и другие носители. Широко применяются металлические сплавные катализаторы Ренея. Их получают из сплавов Ni, Со, u, Fe и других металлов с алюминием в соотношениях 1 1. Сплав металла с алюминием, измельченный до частиц размером от 10" до 10" м, обрабатывают раствором щелочи, алюминий растворяется, остающийся металлический скелет обладает достаточной механической прочностью. Удельная поверхность скелетных катализаторов превышает 100 м г" . Такие катализаторы применяются в процессах гидрирования, восстановления и дегидрирования в жидкофазных гете рогенно каталитических процессах. [c.635]

При проведении процесса конверсии окиси углерода в промышленных условиях большое влияние оказывает диффузионное торможение, характер которого изменяется в зависимости от пористой структуры, размера, формы гранулы катализатора, а также от условий проведения реакции. В промышленных условиях процесс конверсии проходит во внутридиффузионной области. Влияние диффузионного торможения возрастает при увеличении поверхности контакта [10, 50], а также давления процесса. [c.379]

Пористость и текстура являются важными характеристиками промышленных катализаторов. Под пористостью (е) понимают долю общего объема зерен (гранул) катализатора, приходящуюся на объем пор, а под текстурой - геометрические величины, характеризующие объем пор (величина пор, форма и распределение объема пор по радиусу). [c.648]

Температурную обработку (при определенных в каждом конкретном случае температурах) применяют для повышения прочности и окончательного формирования структуры гранулы катализатора. Режим прокаливания ( , т, среда) зависит от условий применения катализатора и характера исходного сырья. Требуемая пористая структура контактных масс достигается варьированием степени измельчения исходных составляющих, температуры прокаливания, добавок специальных порообразующих веществ. Поры — это промежуток между частицами исходных составляющих и связующих добавок или же каналы, образовавшиеся в результате выделения газов и паров при выгорании компонентов твердого тела. [c.152]

Диффузия при гетерогенном катализе. Диффузионный массоперенос играет большую роль в гетерогенном катализе, в котором обычно используют твердые пористые катализаторы. Во. многих случаях диффузия реагентов (или продуктов реакции) через поры в гранулах катализатора (внутренняя диффузия) значительно влияет на скорость процесса. Промышленные катализаторы имеют активную поверхность порядка нескольких сотен квадратных метров на 1 г, что обусловлено их тонкопористой структурой, т. е. они фактически являются капиллярно-пористыми материалами. [c.536]

При степени пористости (точнее, доле свободного объема) слоя сферических гранул катализатора т общая поверхность частиц будет [c.133]

При контактировании гранул катализатора с реакционной средой реагенты диффундируют к активной поверхности катализатора, на ней происходит реакция и продукты реакции также посредством диффузии возвращаются в окружающий объем. Обычно целесообразно применять пористые катализаторы с активной поверхностью, достигающей нескольких сотен квадратных метров на грамм. Для эффективного использования столь большой поверхности необходимо обеспечить условия для интенсивного обмена между потоком и внешней поверхностью гранулы, а также переноса внутри нее. [c.17]

Катализаторы обычно представляют собой монолитные пористые тела. Для них можно ожидать более высоких значений коэффициентов извилистости, чем для насыпных слоев. На рис. 1-5 и в табл. 1,6 представлены полученные различными исследователями данные о молекулярной диффузии в гранулах катализаторов. [c.44]

Таким образом, перспективный способ получения катализатора конверсии природного газа в кипящем слое должен удовлетворять следующим требованиям обеспечивать получение гранул катализатора любого заданного размера без существенного изменения технологии его изготовления предусматривать стабилизацию пористой структуры носителя при температурах 1200—1400° С и сохранении необходимой пористости носителя. Катализатор, полученный этим способом, должен относиться к типу [c.79]

Тиле [6] и Зельдович [7] при разборе хода реакции на пористых гранулах тоже считали, что гранула катализатора находится в поле одинаковой концентрации реагирующего вещества. Принималось, что в устье любой поры, входящей на поверхность гранулы, концентрация одинаковая, т. е. онп считали всю поверхность равнодоступной. [c.169]

Во многих случаях скорости гетерогоргных хилгнческих реакций на пористых катализаторах определяются ие кинетикой химического превращения, а скоростью иеремещения молекул реагирующих веществ из объема к поверхности гранулы катализатора и через поры катализатора к зоне реакции. В зависимости от того, какая стадия является наиболее медленной и, следовательно, определяющей, различают три основных режима. [c.272]

Глобулярная модель [59, 69]. Гранула катализатора представляется в виде совокупности одинаковых, сросшихся друг с другом сферических частиц, которые по своим геометрическим, адсорб-1Щ0ННЫМ и физико-химическим свойствам приближенно соответствуют изучаемому пористому телу. Основными геометрическими [c.144]

Важной практической проблемой является трансформация глобулярной модели с учетом реального строения пористых тел. Экспериментальные данные исследования морфологии пористых тел, основанные на методе электронной микроскопии, показывают, что вторичные частицы в зависимости от химической природы и способа синтеза катализатора (адсорбента) могут представлять собой глобулы, пластины, иглы и пр. различных размеров. Трансформация глобулярной модели на реальную осуществляется на основе следующих предпосылок а) соотношение плотной фазы и сформированного ею объема пор не зависит от строения первичных и вторичных частиц (суммарный объем пор и вес единичной гранулы катализатора не зависят от типа аппроксимации ее строения) б) суммарная поверхность первичных частиц при данном геометрическом размере зависит только от их числа (находится из экспериментально определенной удельной поверхности и веса единичной гранулы образца) в) число первичных частиц во вторичных зависит от типа их аппроксимации (в силу необходи- [c.146]

Пустоты между первичными частицами образуют макропоры. Каждая первичная частица состоит из более мелких вторичных частиц, пустоты между которыми образуют микропоры. Причем радиусы первичных частиц существенно больше вторичных. Параметрами модели служат пористости гранулы катализатора и первичной частицы. Перенос массы в макро- и микропорах рассчитывается с использованием соотношения (3.1). Отмечается в [67], что бидиснерсная модель более реалистична, чем модели с цилиндрическими порами. [c.149]

Завелев Е. Д., Семенов В. П., Мейтнн И. В. и др. Влияние геометрических параметров зернистого слоя гранул катализатора на пористость,-В кн. Химия и химическая технология азотных удобрений. Вып. 41. М. изд. ГИАП, 1976, с. 24-30. [c.45]

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]

Низкие значения скорости могут наблюдаться либо во внутридиффузион-ной области, либо в области чистой химической кинетики. Первый случай отмечается, если пористость гранул катализатора мала, гранулы большие, а давление высокое (и, следовательно, коэффициент диффузии невелик). Во втором случае имеет место чистая кинетическая область. Большинство катализаторов работает во внутридиффузионной области, некоторые — на границе с внешнедиффузионной областью, другие — в области химической кинетики. Наивысшиё активности (отмеченные на кривых) находятся в верхней части графика слева, что показывает желательность высокого соотношения объема каталитического вещества и объема носителя, малых размеров кристаллов активной фазы, малого размера и оптимальной пористости гранулы катализатора. [c.36]

Катализатор может разрушиться вследствие теплового уда1)а,т.е. резкого изменения температуры, что обычно наблвдается при попадании парового конденсата на поверхность раскаленного катализатора. Сопротивление тепловому удару различно у разных катализаторов и зависит от их состава, способа приготовления, размера гранул, их пористости и т.д. [c.187]

В каталитических процессах большое значение имеет суммарный объём пор катализатора и распределение этого объема по порам различного размера. Сокращение доли микропор и увеличение размера пор в каталлиаторе позволяет уменьшить диффузионные затруднения, ликвидировать закупорку пор коксом и увеличить степень использования гранул катализатора, при этом большое значение имеет как определенная пористая структура, так и механическая прочность катализатора, то есть его стабильность. С повышением прочности катализатора увеличивается его стойкость к истиранию, что способствует снижению перепада давления в систе.ме реакторов и равномерному распределению газосырьевых потоков по слою. Термоустойчивость носителя зависит пропорционально от снижения содержания примесей и от повышения его чистоты. [c.34]

Пример. Гранулы влажного пористого катализатора, имеющие форму цилиндров диаметром 13,45 мм и высотой 12,85 мм, подвергаются сушке в аппарате при пропускании воздуха через слой Л1атериала. Катализатор з слое высотой 50,8 мм, считая на сухой остаток, расположен на ситчатых противнях. Скорость прохождения воздуха равна 3900 кг сухого воздуха/ж час прн 82 - влажность воздуха 0,01 кг воды/ г сухого воздуха. Насыпной вес катализатора 605 кг сухого материала/л , а поверхность его частнц составляет 282 м 1м слоя катализатора. [c.378]

В реальных электродах снижение диффузионных по-терь достигается созданием активного слоя с изотропной системой гидрофильных или гидрофобных газоподводящих пор и уменьшением размера гранул катализатора, заполненных электролитом. Создание эффективной системы газовых пор приводит к значительному снижению эффективной удельной проводимости электролита о вплоть до (2—3%)0о, в то время как значение а для такого же электрода, полностью заполненного электролитом, достигает (40—70%)сго. Принципиальное же различие между электродами с анизотропной (регулярной) и изотропной структурами заключается в различной зависимости 0=/(еж), где е — жидкостная пористость. Так, для регулярной структуры 0=аоеж, а для изотропной о=0ое ж (закон Арчи). При определенном отношении между эффективными параметрами активного слоя электрод с изотропной или анизотропной структурой будет иметь максимальную активность. Получим для этого случая соотношение между эффективными параметрами, что даст возможность сравнить активность реальных электродов с активностью электродов с оптимальной структурой, обеспечивающей при выбранном катализаторе максимальную активность. Для анизотропной структуры 0=0(,еж, 5 = о(1—ег—еж), где 5о=5у (см /г)рк, Рк — истинная плотность катализатора, бг—газовая пористость. Отсюда получаем [c.103]

Авторами были пoлy гны высокоактивные и достаточно стабильные кислородные электроды при добавлении в Ag тройной добавки В], N1, Т] (Agвi,Ni,тi). Однако активность этого электрода сильно зависела от парциального давления кислорода. Это было связано с пористой структурой и размером гранул катализатора. Дальнейшее совершенствование катализатора в направлении снижения среднего размера гранул и изменения микропористой структуры позволило создать эффективный воздушный электрод. [c.140]

В гл. III излагается упрощенная теория протекания в пористых структурах необратимой мономолекулярной реакции с простой ки-ветикой в условиях диффузионных осложнений. Рассматриваются методы определения коэффициента эффективности катализатора. Теория основана на допущениях об изотермичности гранулы катализатора и применимости закона Фика для описания диффузионных процессов. Выводы теории сопоставляются с экспериментальными данными. [c.12]

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]

Рис. , Влияние давлсттия прес-сонапия Рпрсс иа кажущуюся плотность Y гранул катализаторов (а) механическую прочность а (б) общую пористость Я (а) исходного (/, 2) и восстановленного (/, 2 ) катализаторов

Однородность катализатора (как по партиям, так и в отношении отдельных гранул) достигается обычными методами химической технологии, т. е. строгим соблюдением технологического режима и требований к сырью, а также интенсивным перемешиванием и гомогенизацией контактных масс в процессе производства катализатора. Более сложная задача — обеспечение однородности самих гранул катализатора (микроодиородно-стн). Эта проблема зачастую возникает даже при приготовлении однокомпонентных и однофазных катализаторов. Например, при периодическом осаждении силикагеля величина pH в начале и в конце осаждения, если не принять специальных мер, различна. Вследствие этого пористость полученного геля будет неодинаковой в начале и конце осаждения. Интенсивное перемешивание гелевого шлама приводит к макроскопическому усреднению, однако в каждой из гранул будет находиться набор микрочастиц различной пористости, что может заметно сказаться на активности готового катализатора. Непрерывное осаждение всегда дает лучшую, по сравнению с периодически.м, однородность катализатора, поскольку в этом случае все время сохраняются постоянными такие факторы, как концентрации реагентов и pH раствора. [c.315]