Катализаторы поверхность зерна внутренняя

Степень использования внутренней поверхности зерна катализатора (фактор эффективности) является важнейшим интегральным показателем каталитического вклада зерна катализатора в контактно-каталитический процесс, позволяющим перекинуть мост от описания процесса на зерне к описаниям на высших уровнях иерархии гетерогенно-каталитического процесса, в масштабе слоя катализатора, контактного аппарата, агрегата в целом. [c.157]

Влияние внутренней диффузии на ход контактного процесса наблюдается, когда скорость этого процесса зависит от таких факторов, как, например, величина зерна или структура массы катализатора, с которой связано значение эффективного коэффициента диффузии. Во внутридиффузионной области концентрации реагентов на внутренней поверхности зерна отличаются от их концентраций внутри зерна. [c.289]

В общ,ую процедуру принятия решений при оптимизации пористой структуры катализатора, рассмотренную в разд. 3.1, входит в качестве обязательного этапа составление математической модели гетерогенно-каталитического процесса на зерне катализатора и идентификация ее параметров. Эта модель должна отражать как геометрические характеристики структуры зерна, так и важнейшие особенности собственно физико-химических процессов, протекаюш,их в нем. Для наглядности представления последних удобно мысленно выделить фиксированную группу молекул исходных веществ, которая участвует в ряде последовательных физико-химических стадий суммарного контактного процесса на зерне катализатора 1) перенос исходных веществ из реакционной смеси к внешней поверхности частиц катализатора 2) перенос исходных веществ от внешней поверхности частиц катализатора к их внутренней поверхности 3) адсорбция исходных веществ на активных центрах катализатора 4) реакция между адсорбированными исходными веществами и перегруппировка адсорбционного слоя 5) десорбция продуктов реакции 6) перенос продуктов реакции от внутренней поверхности частиц катализатора к их внешней поверхности 7) перенос продуктов реакции от внешней поверхности катализатора в объем реакционной смеси. [c.149]

Если в зерне внутренняя диффузия отсутствует и концентрация реагента А на всей внутренней поверхности соответствует его концентрации на внешней поверхности катализатора Са , то изменение числа молей за время йх в результате прохождения химической реакции можно представить следующим образом [c.287]

Степень использования внутренней поверхности зерна катализатора зависит от одного параметра ф (рис. 2.5,а). Если размер зерна выразить через отношение его объема к наружной поверхности т. е. определить ф как [c.45]

Изотермическое зерно катализатора включает в себя два параллельно работающих элемента — внутреннюю поверхность и свободный объем, через который переносится вещество от наружной поверхности зерна. Величина Л/пов не оказывает заметного влияния на динамические свойства зерна в целом, если [c.9]

Фактор эффективности характеризует эффективность работы внутренней поверхности зерна катализатора. Для изотермического процесса возможны два предельных случая т] О и -Г] 1. Для неизотермических процессов фактор эффективности может намного превышать 1. Следует отметить, что в выражении для т] R не вектор скоростей, а скорость превращения только по г-му компоненту, т. е. в результате расчетов получаются факторы [c.158]

Здесь X — координата вдоль реактора 81 и Бз — доли сечения реактора, занимаемые газом и катализатором — линейные скорости потока в жидкости и газе О — эффективный коэффициент продольной диффузии в жидкой фазе Р1 — коэффициент массопередачи между фазами а — поверхность раздела фаз в единице объема реактора г[з — обратное значение коэффициента Генри — удельная внешняя поверхность катализатора в пересчете на единицу длины реактора и единицу сечения /) — эффективный коэффициент диффузии в капиллярах катализатора 5 — координата по радиусу зерна Р ц — внутренняя поверхность зерна катализатора р — скорость реакции по компоненту А в пересчете на единицу внутренней поверхности катализатора ус — стехиометрические коэффи- [c.302]

Степень использования внутренней поверхности катализатора определяется как отношение количества вещества, прореагировавшего в зерне, к тому количеству, которое могло бы прореагировать, если бы вся поверхность была равнодоступной для реагирующего компонента газа и, соответственно, концентрация реагента во всем объеме пор катализатора была бы равна концентрации у внешней поверхности зерна. Действительно, если поверхность поры полностью доступна газовому реагенту, то справедливо равенство [c.59]

Перенос тепла. Высокотемпературная зона возникает в результате экзотермической реакции. Необходим какой-либо эффективный механизм переноса тепла, исключающий неограниченный рост температуры в зоне реакции. Перенос тепла в слое катализатора возможен благодаря теплопроводности слоя, внешнему теплообмену (между наружной поверхностью зерна катализатора и реакционной смесью) и внутреннему переносу тепла в таблетке катализатора. В отличие от стационарного случая механизм переноса тепла - необходимый элемент моделирования процесса с реверсом. [c.308]

Построение математической модели процессов в реакторе. Общие принципы. При построении математической модели нестационарного процесса отдельные структурные части реактора — внутренняя поверхность катализатора, одиночное зерно, [c.6]

Обсуждаемый здесь путь построения математической модели реактора по уровням предполагает, что при построении модели данного уровня глубоко изучены и экспериментально подтверждены все существенные химические и физические закономерности, определяющие свойства этого уровня. В таком случае закономерности приобретают предсказательную силу физических законов, они инвариантны в пространстве и автономны во времени. Это означает, что закономерности протекания процессов в составных частях данного уровня модели, а также закономерности взаимодействия между этими частями выражаются в форме, не зависящей от масштаба рассматриваемого уровня и момента времени. Отдельные структурные части математической модели реактора — внутренняя поверхность катализатора, одиночное зерно, свободный объем в пространстве между зернами и т. д.— могут рассматриваться как элементарные динамические звенья или группы звеньев. Каждое такое звено обладает своими инерционными свойствами, которые определяют изменение во времени состояния этого звена при количественных изменениях как в его внешних связях, так и внутри его. Количественной мерой инерционности отдельного звена может являться характерное время нестационарного процесса, или, иначе, масштаб времени М. Величина его может быть оценена как отношение емкости звена к интенсивности его внешней связи. Характерное время составной части модели реактора определяется масштабами времени входящих в эту часть звеньев и связями между звеньями. Связи между звеньями чаще всего бывают распределенными и обратными. Поэтому величина масштаба времени составной части находится в сложной зависимости от масштабов времени всех звеньев. Исследование этой зависимости необходимо нри построении существенной математической модели, так как позволяет в итоге учесть основные свойства лишь тех элементов, которые оказывают решающее влияние на статические и динамические характеристики всего реактора. [c.67]

При сравнении взвешенного слоя с неподвижным особенно важно, что в диффузионной области степень использования внутренней поверхности зерна катализатора приближенно обратна его размеру. Следовательно, и степень превращения в диффузионной области, при прочих равных условиях, тоже почти обратна размеру. Для мелких же зерен процесс переходит в кинетическую область и степень превращения или активность катализатора (см. главу III) не зависит от размера зерна. При расчете или экспериментальном определении [c.92]

В аппаратах КС идет одновременно отравление всей массы катализатора в данном слое, причем для яда доступна не только наружная, но и вся внутренняя поверхность зерна ввиду его малого размера. В результате отравление в кипящем слое должно сказываться при значительно большем количестве поглощенного яда, чем в неподвижном, т. е. увеличивается горизонтальная часть кривых рис. 50 в начале отравления. [c.102]

Для определения имеется несколько экспериментальных методов (рис. 2.3). Один из них основан на измерении скорости реакции на мелких и крупных w 3g зернах катализатора, расчете степени использования внутренней поверхности п и расчете В ф [70] (рис. 2.3,а) л определяют как отношение скоростей реакций на крупном и мелком (при отсутствии диффузионного торможения) зернах при одинаковой концентрации на поверхности зерна (метод с химической реакцией). [c.39]

Рис. 2.5. Зависимости степени использования внутренней поверхности зерна катализатора Т] от параметра ф (а) и приведенного параметра ф (б) [пластинка (П), цилиндр (Ц) и шар (Ш)]

Внутренняя поверхность зерна образована микроглобулами и равна поверхности микропор. Общая удельная поверхность катализатора [c.49]

Вследствие дезактивации части катализатора реакция может происходить только внутри него. Это приводит к высокой скорости реакции на границе зоны с дезактивированной частью, повышенному тепловыделению и большому градиенту температуры. Последний сильно зависит от характера дезактивации. Градиент температур возникает также между поверхностью зерна и потоком вокруг него, причем по мере дезактивации отношение внешнего и внутреннего градиентов температуры увеличивается. На дезактивированном катализаторе могут возникнуть те же градиенты, что и на свежем. [c.74]

Твердые катализаторы готовят и применяют, как правило, в виде небольших пористых зерен, таблеток, гранул При этом внутренняя поверхность стенок пор может в сотни и тысячи раз превосходить внешнюю поверхность зерна. [c.227]

Каталитическая активность твердых пористых катализаторов определяется как их химическим составом, так и пористой структурой, при которой подразумевают совокупность формы зерен, объема и размера пор и внутренней поверхности зерна. Активность катализатора пропорциональна поверхности, доступной для реагентов, но в тонкопористых катализаторах внутренняя поверхность может быть использована далеко не полностью из-за диффузионных торможений. [c.227]

Можно полагать, что в диффузионной области тКф р) для зерен различной формы будут совпадать. Точные расчеты подтвердили это -на рис. 4.30 показано совпадение для процесса, протекающего в зерне катализатора в форме пластинки и щара в диффузионном (ф р > 3) и кинетическом (ф ,р < 0,5) режимах. В переходной области //эти зависимости и т] р, естественно, различаются, но не более, чем на 10%. Расчеты показали, что значение степеней использования внутренней поверхности зерен катализатора других форм практически не отличаются от рассмотренных выще. Таким образом, используя приведенный параметр ф р, по формуле (4.68) можно с достаточной точностью рассчитать степень использования внутренней поверхности зерна катализатора любой формы. [c.144]

Процесс на зерне катализатора. Для конверсии окиси углерода характерно, что диффузия компонентов к поверхности зерна из потока происходит значительно быстрее, чем реакция внутри зерна. Поэтому процесс на зерне катализатора описывается уравнением внутренней диффузии с химической реакцией, которое для цилиндрической таблетки имеет вид [c.381]

Равномерное распределение активного компонента по всей внутренней поверхности зерна носителя приводит к наложению диффузионного торможения и снижению степени использования поверхности катализатора. [c.664]

Внутридиффузионная область характеризуется тем, что скорость процесса лимитируется переносом от внешней поверхности зерна катализатора к внутренней его поверхности. Внутренняя поверхность катализатора может составлять основную часть (свыше 99 %) его общей поверхности. Поэтому степень участия внутренней поверхности в химическом процессе в значительной мере определяет каталитическую активность. [c.679]

Третий случай определяется очень быстрой реакцией, протекающей на поверхности раздела фаз при осуществлении, например, процесса газ—жидкость. Следовательно, процесс лимитируется самой химической реакцией, протекающей на внешней поверхности зерна катализатора, что возможно, если ее скорость значительно превосходит скорость внутренней диффузии, но намного меньше скорости внешней диффузии. В этом случае процесс протекает во внешнекинетической области. [c.117]

Принято различать кинетическую и диффузионную области протекания гетерогенно-каталитических п юцессов. В кинетической области скорость процесса определяется химической реакцией на поверхности катализатора. В диффузионной области скорость процесса определяется диффузией реагентов (внешнедиффузионная - диффузией реагентов из потока к внешней поверхности зерна катализатора, внутридиффузионная - диффузией реагентов от внешней поверхности зерна катализатора к внутренней его поверхности). [c.673]

При быстром необратимом отравлении катализатора яд оседает главным образом в устье пор отравление селективно выходят из строя наиболее доступные участки поверхности. Чтобы подойти к активной внутренней поверхности зерна, реагент должен продиффундировать сквозь отравленные участки пор, прилегающие к внешней поверхности частицы. Толщина отравленной зоны, равная 6, создает диффузионное сопротивление б //), Массопередача от внешней поверхности частицы к внешней границе части зерна катализатора, сохранившей активность, идет с эффективной константой скорости р = ) /б и при достаточно большом 6 может стать лимитирующей стадией. При этом, очевидно, имитируется внешнедиффузионная кинетика, но, разумеется, не появляется характерная для внешнедиффузионной области зависимость скорости реакции от линейной скорости потока. [c.136]

Частицы порошка, из которого изготавливается таблетка, обладают узкими порами с размером порядка нескольких нанометров — первичная структура катализатора. Промежутки между частицами образуют вторичную структуру катализаторов — систему широких пор, размер которых колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Катализаторы, обладающие такой структурой, называются бидисперсными. В таких катализаторах хорошо развитая внутренняя поверхность первичной структуры сочетается с системой широких транспортных пор, обеспечивающих высокую скорость диффузии реагентов внутри зерна. Для диффузии в бидисперсных катализаторах существует два параллельных пути переноса — через поры первичной и вторичной структуры, и эффективный коэффициент диффузии можно определить соотношением [c.167]

Следует, однако, заметить, что сказанное выше относится к изотермическим условиям. Оценка коэффициента эффективности значительно усложняется при попытке учесть температурные градиенты, неизбежные в зернах катализатора. Известно, что разность температур между внешней и внутренней поверхностью зерна при экзотермических реакциях может достигать 50 С и более. В результате этого коэффициент эффективности может превышать единицу, что и обсуждалось рялом авторов [23—26]. Дополнительные трудности при использовании коэффициента эффективности, причиной которых является адсорбция, рассмотрены Чу и Хоугеном [27]. [c.42]

При одновременном протекании в пористом зерне катализатора тшических реакций и процессов массо- и теплопереноса в нем возникают градиенты температур и концентраций, т. е. концентрации реагентов и температура смеси изменяются по глубине зерна и отличаются от их значений на поверхности. Скорость же превращения в аппарате обычно определяют при значениях переменных на поверхности катализатора. А для учета внутри-диффузионных эффектов вводится вспомогательная функция т], которая носит название фактора эффективности, или степени использования внутренней поверхности зерна катализатора, и определяется отношением [c.158]

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]

Влияние размеров зерен катализаторов. Первоначально изучалось влияние размеров зерен йз на характеристики стационарных режимов процесса синтеза аммиака. Расчеты выполнялись для первого слоя двухполочного аппарата со временем контакта 0,064 с. Скорость фильтрации реакционной смеси, пересчитанная на нормальные условия, 4,56 м/с. При увеличении размеров зерна катализатора с 5 до 10 мм степень превращения на выходе из первого слоя уменьшалась с 13,2 до 9,7%, что связано с уменьшением степени использования внутренней поверхности зерна катализатора, обусловленного наличием диффузионного торможения. Температурные градиенты внутри зерна в стационарном режиме невелики и в зоне максимальных температур градиентов по слою не превышают 1 (для зерна 2 мм) и 3°С (для 5 мм зерна). Для зерна катализатора размером 10 мм температурный перепад в зерне достигает 6°С в стацпонарном режи.ме. Однако перенос тепла внутри зерна не оказывает заметного влияния на характеристики стационарного процесса. Например, были выполнены расчеты стационарного режима (для зерна 2 мм) и 3°С (для зерна 5 мм). Для зерна катализатора проводности Яз = 0,5-10 ккал/(м с град). При этих значениях параметров в зерне образуется перепад температур между поверхностью и центром 6° (если зерно находится в зоне максимальных температурных градиентов по длине слоя). На выходе из первого слоя двухполочного реактора оптимальная степень превращения достигала 2 = 9,7% аммиака, а температура Г = 474°С. Для изотермического зерна катализатора выходные характеристики первого слоя составляли соответственно 2 = 9,6% и Г = 472°С. Таким образом, при расчетах стационарных режимов зерна катализатора можно считать изотермическими. [c.212]

Основные качественные характеристики областей процесса представлены в табл. 3. Следует заметить, что сочетание тех или иных внешних и внутренних областей процесса не равновероятно. Так, например, мало реальным может оказаться сочетание внешнедиффузионной области с областью внутренней диффузии, так как концентрация реагирующих веществ у поверхности зерна во внешнедиффузионной области уже настолько мала, что трудно ожидать высокой скорости реакции на внутренних порах и соответствующего внутриднффузионного торможения. При выборе наиболее выгодной макроструктуры катализатора, отвечающей максимальной его активности, следует учитывать характерные особенности каждой области протекания процесса с тем, чтобы достичь высоких скоростей реакции. [c.75]

Некоторые результаты расчетов нестационарных режимов промышленного реактора окисления о-ксилола представлены на рис. 3.52. Они уточняют выводы по квазигомогенной модели. Из рис. 3.52 видно, что температурные градиенты в зерне незначительны, т.е. зерно изотермично. В противоположность этому имеются значительные концентрационные градиенты в зерне, указывающие на сильное влияние внутренней диффузии. Разности концентрации в зерне наиболее значительны в передних горячих участках слоя катализатора и уменьшаются с понижением температуры вследствие более сильного охлаждения по сравнению с тепловыделением в последних участках слоя. Разности концентрации и температуры между наружной поверхностью зерна и газовой фазой в общем были малы, только в горячей точке разность температуры превышала 5° по оси реактора. [c.173]

На рис. 2.3, а представлен неподвижный слой катализатора и вьщелены протекающие в нем процессы - составляющие общего процесса. Общий (конвективный) поток реагентов / проходит между зернами катализатора. Из потока реагенты диффундируют к поверхности зерен (2) и в поры катализатора (У), на внутренней поверхности которых протекает реакция (4). Продукты обратным путем отводятся в поток. Выделяющееся тепло переносится по слою (5) и затем от слоя через стенку - к хладагенту (6). Возникающие вследствие протекания реакции фздиенты концентрации и температуры вызывают потоки вещества и тепла (7), дополнительные к основному конвективному движению реагентов. [c.28]

В тех случаях, когда величина L, вычисленная по формуле (II, 70), велика в сравнении с размером зерна катализатора, мы можем считать, что работает вся внутренняя поверхность зерна. В тех случаях, когда величина L сравнима с диаметром пор, работает только внешняя поверхность зерна. Если L велика в сравнении с диаметром пор, но мала в сравнении с размером зерна, то определяющей является диффузия в порах, и процесс протекает согласно формуле Зельдовича (II, 69). В каждом из этих случаев необходимо еще удостовериться, в какой мере может оказаться существенной диффузия в объеме. [c.100]

Частицы катализатора могут содержать поры, работающие как в кнудсеновской области, так и в области Фика, и распределение пор по диаметрам становится важным фактором, влияющим на макроскопическую скорость процесса. Наиболее выгодной структурой пористой частицы является наличие широких макропор, пронизывающих частицу, и развитой сети капилляров, работающих в кнудсеновской области [11, 12]. Зерно такой структуры образуется, например, при спрессовывании мелких микропористых частиц. При этом, с одной стороны, предельно развита внутренняя поверхность зерна, а с другой — широкие макропоры обеспечивают практически постоянную концентрацию реагентов у устьев капилляров во всей массе зерна. Все внутридиффузионное српротивление концентрируется в капиллярах, и при расчете скорости реакции уравнение диффузии [c.132]

Подобйо Я.Б.Зельдовичу, В.А. Ройтер вводит понятие эфф ктив-ной глубины работающего слоя . Изобразим графически условно изменения концентрации по глубине зерна, как это показано н рио. 40(кривая СХ ), так что в центре зерна она будет равна нулю. Зерно катализатора работает всей внутренней поверхностью, одкако скорость процесса, по мере увеличения х, будет уменьшаться в связи с уменьшением концентрации. Количество прореагировавшего вещества будет пропорционально площади ОСХ. Эффективной глубиной слоя принято называть такую его глубину, которая дает поверхность, обеспечиваю1цую превращение такого же количества вещества в условиях отсутствия градиента концентравди площади СОХ и СОО - равновелики. Тогда согласно определению [c.162]