Каталитические процессы тепловой эффект

Вторая задача, от которой непосредственно зависит успех создания эффективных искусственно создаваемых нестационарных процессов,— это дальнейшее развитие теоретических основ динамики гетерогенных каталитических реакторов. В нестационарных условиях гораздо сильнее, чем в стационарных, проявляется влияние процессов переноса вещества, тепла и импульса. Небольшие изменения, например, в условиях массо- и (или) теплообмена в зернистом слое катализатора могут привести к весьма заметным изменениям избирательности, степени превращения. Поэтому для осуществления нестационарных процессов требуется глубокое и ясное понимание всех физических процессов в реакторе. Количественное знание позволяет строить простые математические модели процессов в реакторах любой производительности. Кроме того, глубокое понимание всех основных закономерностей массо- и теплопереноса в реакторах позволяет создавать условия, благоприятно влияющие на показатели каталитического процесса. Нам представляется, что поиск таких условий эмпирически, на основе общих соображений нечасто будет приводить к заметным положительным эффектам. Особо важно отметить необходимость экспериментальных и теоретических работ по исследованию и количественному описанию поведения твердых частиц катализатора в реакторах, работающих в условиях псевдоожижения, пневмотранспорта, циркуляции частиц между реакторам н регенератором. Именно в таких реакторах легче организовать условия работы при нестационарном состоянии катализатора. [c.227]

Для некоторых каталитических процессов (каталитический риформинг) необходимое тепло вносится парами сырья, температура которых по мере протекания процесса в слое неподвижного катализатора снижается, и пары продуктов имеют более низкую температуру, чем вводимое сырье. Этот случай относится к процессам, сопровождающимся эндотермическим эффектом. Если процесс протекает с выделением тепла (гидрокрекинг, гидроочистка), можно обеспечить изотермический режим реактора, снимая избыток тепла холодным водородом. Процессы подобного типа относятся к непрерывным, а катализатор уже не является теплоносителем. [c.27]

В адсорбционных процессах энергия молекул или атомов адсорбента изменяется. Механизм адсорбционного катализа тесно связан с энергетическими изменениями в системе. Чтобы объяснить энергетические изменения в каталитических адсорбционных процессах, следует изучить отдельные компоненты, составляющие общий тепловой эффект, т. е. 1) теплоту адсорбции, соответствующую энергии, освобождаемой в виде тепла при адсорбции 2) разные тепловые эффекты химической реакции, происходящей на адсорбенте, например теплоту образования, теплоту диссоциации и т. д., и 3) теплоту активации, которая тесно связана со скоростью реакции и используется для оценки каталитического эффекта. Каждый из тепловых эффектов подчинен своим законам, а также имеется определенное соотношение между тепловыми эффектами в зависимости от изменений физических условий, при которых идет тот или иной адсорбционный каталитический процесс. Величина тепловых эффектов зависит от температуры. Было бы полезно при формулировке общего понятия величины энергии в адсорбционном катализе указывать на отдельные типы тепловой энергии. Общим для любого химического процесса при энергетической оценке реагирующей системы является деление энергии на потенциальную и кинетическую. [c.144]

Уравнения материального и теплового баланса с эмпирическими коэффициентами массо- и теплопередачи повсеместно применяются при расчете гетерогенно-каталитических процессов, скорость которых лимитируется диффузией реагентов к поверхности частицы катализатора и теплообменом между потоком и активной поверхностью. Строго говоря, использование эффективных коэффициентов обосновано только когда поверхность катализатора равнодоступна (см. п. 2). Более тонкие эффекты могут определяться явлениями термодиффузии и диффузионной теплопроводности, возникающими при наложении и взаимном влиянии процессов тепло- и массопереноса, а также изменением физических свойств пограничного слоя, а следовательно и значений коэффициентов диффузии и температуропроводности в результате химических превращений. Ошибка, допускаемая в результате пренебрежения этими явлениями, в условиях большинства химических реакций мала. В некоторых процессах значительную роль играет так называемый стефановский поток, возникающий вследствие неравной скорости диффузии исходных веществ и продуктов реакции или изменения объема в ходе химических превращений. Влияние стефановского потока на скорость химической реакции рассматривается в п. 2. [c.116]

Весьма интересно отметить положительное влияние на активность цинк-хромового катализатора увеличения соотношения водорода к окиси углерода. В результате этого, во-первых, увеличивается концентрация дефектов и, во-вторых, отмечаются меньшие местные тепловые эффекты синтеза метанола, вследствие чего можно ожидать замедления дезактивации, связанной с уничтожением дефектов при отжиге. До сих пор не обращали внимания на степень превращения и величину теплового эффекта в пересчете на единицу поверхности катализатора в единицу времени. Рассмотрение этого вопроса в отношении синтеза и окисления аммиака показывает, что, чем больше тепла выделяется на 1 поверхности катализатора, тем быстрее дезактивируется катализатор. По-видимому, при разработке катализаторов для промышленных условий следует учитывать и эту сторону каталитического процесса. [c.103]

Процесс синтеза экзотермичен. При полном превращении СОп-Н., выделяется 600 А л ал/лг или 23% теплоты сгорания исходных веществ. Если проводить процесс без отвода выделяющегося тепла, температура синтез-газа могла бы достигнуть 1500. Тепловой эффект этого процесса выше, чем при любом друго п каталитическом процессе. Отвод такого большого количества тепла представлял одно из наибольших затруднений при осуществлении процесса гидрирования окиси углерода в промышленных масштабах, и решение этой проблемы является крупным техническим достижением. [c.152]

Значительный тепловой эффект химических реакций и наличие катализаторов накладывают определенные особенности на конструкции реакционных аппаратов. Например, эти аппараты, как правило, имеют развитую поверхность теплообмена или другие приспособления для отвода или подвода тепла. В аппаратах для каталитических процессов предусматриваются условия для удобной загрузки и разгрузки катализатора. [c.11]

По тепловому эффекту каталитические процессы делят на экзотермические, идущие с выделением тепла (+< или —АН) и эндотермические —Q или +АН). Знак теплового эффекта сильно [c.53]

При осуществлении каталитических процессов в промышленных условиях приходится решать ряд проблем, которые в лабораторных условиях не вызывают особых трудностей. Так, в ряде случаев тепловые эффекты реакций оказываются значимыми настолько, что необходим интенсивный отвод выделяющегося в ходе реакции тепла (для экзотермических реакций) или же, наоборот, подвод тепла (для эндотермических реакций). При промышленном осуществлении процессов размеры реальных гранул катализатора могут варьироваться от нескольких десятков микрон до десятков миллиметров. В связи с этим возникает необходимость учета как диффузионного переноса реагентов внутри зерна катализатора, так и массообмена между реакционной газовой фазой и внешней поверхностью зерен катализатора. В лабораторных условиях [c.31]

Одновременно наблюдается тенденция к экспериментальным исследованиям суммарных эффектов процессов переноса вещества и тепла. Удивительно, что разработанные методы замера скорости каталитического процесса позволяют непосредственно получать правильные результаты, в то вре.мя как при получении результатов расчетными методами возникают большие трудности. Нам кажется, что экспериментальный метод определения скорости процесса ие должен быть только методом для проверки точности аналитических выводов. Считаем, что этот метод является более полным по сравнению с расчетным, источником ценной информации о процессах, протекающих в пористых зернах катализатора. [c.36]

Тепловой эффект каталитического риформинга бензиновых фракций, возникающий в результате химических превращений в реакторе, пропорционален количеств и глубине реагирующих веществ, содержащихся в исходном сырье. Как показывает практика, величина суммарной затраты тепла на реакции процесса риформирования в основном определяется содержанием в сырье нафтеновых углеводородов. [c.6]

Процессы дегидрирования, как правило, проходят с высоким выходом продукта и при увеличении объема реакционной смеси они характеризуются также эндотермичностью. Большая часть таких процессов проводится при одном прохождении газа через слой катализатора под атмосферным давлением или даже в вакууме. Так, например, необратимый процесс одновременного каталитического дегидрирования и дегидратации этанола в производстве бутадиена происходит в промышленных условиях в одном слое трубчатого реактора под разрежением 50 мм рт. ст. при непрерывном подводе тепла для компенсации эндотермического эффекта. Для проведения такого процесса в изотермическом кипящем слое, по-видимому, целесообразно применение трубчатого реактора тина, изображенного на рис. 59. [c.208]

В промышленных условиях эта реакция осуществляется в контактных аппаратах, представляющих собой многослойный каталитический реактор с встроенными между слоями и выносными теплообменниками, предназначенными для отвода реакционного тепла. Основное применение в сернокислотной промышленности получили схемы контактных узлов, работающих по методу одинарного (одностадийного) контактирования (рис. 23) и по методу двойного контактирования и двойной абсорбции (рис. 24). Последний метод предполагает организацию двухстадийного контактирования. На рис. 24 представлена схема (3+ 1), первая стадия которой включает первые три слоя катализатора, а вторая — последний слой в реакторе. Каждая из стадий контактирования завершается абсорбцией 50з. Разделение процесса окисления на две стадии с последующей абсорбцией ЗОз способствует увеличению скорости реакции (IV,73) на заключительной (второй) стадии вследствие значительного снижения эффекта торможения реакции продуктом ЗОз.что позволяет достичь более высокой степени превращения ЗОг в 50з по сравнению с получаемой при одностадийных схемах контактирования. [c.141]

Для создания экономически наиболее эффективных промышленных установок каталитического риформинга и выбора для них рациональных технологических схем и оптимальных реакторных устройств необходимо иметь подробные сведения о прикладной макрокинетике и математических (.макрокинетических) моделях процесса риформинга, о тепловых эффектах процесса, способах подвода тепла и теплового регулирования заводских реакторов. [c.35]

В процессе каталитического риформинга важную роль играют температура, давление и объемная скорость подачи сырья. Влияние этих параметров принципиально то же, что и при каталитическом крекинге, но особое значение имеет выбор рабочего давления, так как оно в-значительной мере определяет технологию и результаты процесса. При установлении технологических параметров надо учитывать и свойства применяемого катализатора, а также химизм процесса. Особенностью каталитического риформинга является то, что реакции дегидрирования нафтенов сопровождаются интенсивным поглощением тепла. Так, для парафинистого сырья отрицательный тепловой эффект составляет 295—364 кДж/кг, для нафтенового — 410 670 кДж/кг сырья. Это вынуждает размещать катализатор в нескольких реакторах и между ними подогревать газосырьевую смесь в секциях печи. В первых реакторах поглощение тепла наибольшее, так как содержание нафтенов наиболь- [c.163]

Пониженные значения теплового эффекта свидетельствуют о параллельном протекании экзотермических реакций, частично компенсирующих затраты тепла на, процесс. Действительно, в процессе каталитического риформинга идут и реакции гидрокрекинга, сопровождающиеся выделением тепла. [c.19]

Наличие тепловых эффектов требует соответствующего конструктивного оформления реактора. При осуществлении термического или каталитического крекинга, риформинга и других процессов, сопровождающихся затратой тепла на реакцию, необходимо вносить тепло в реакционную зону. Это достигается либо подводом тепла через стенку труб нагревательно-реакционного змеевика печи, либо некоторым перегревом исходного сырья, либо применением твердого или газообразного теплоносителя. В процессах, протекающих с выделением тепла, для поддержания постоянной температуры необходим отвод тепла с этой целью применяют прямой ввод охлаждающего агента в реактор или создают там режим, способствующий теплоотводу (через теплоотводящую поверхность). Например, в реакторы гидрокрекинга во избежание подъема температуры вводят холодный водород, а при алкилиро-вании изобутана газообразными олефинами выделяющееся тепло отводят путем испарения части изобутана, находящегося в системе. Конкретные схемы реакционных устройств рассмотрены при описании соответствующих процессов. [c.21]

Общие принципы аппаратурного оформления установок. Процесс каталитического риформинга протекает при высокой температуре и значительном отрицательном тепловом эффекте. Поэтому в зону реакции следует подводить тепло —либо с теплоносителем, либо разбивая объем катализатора на несколько зон и подводя тепло в каждую из них. Распространение получил последний способ. [c.201]

Кокс — неизбежный продукт каталитического крекинга. Аккумулирование кокса на катализаторе приводит к деактивации последнего при этом образуется водород, идущий на насыщение олефинов. Оба этих эффекта являются нежелательными, и потому значительный интерес представляет установление источников коксообразования и скорости процесса. Имеется один положительный аспект, связанный с коксообразованием при сгорании кокса в регенераторе выделяется тепло, используемое затем в промышленных условиях на стадии крекинга. [c.119]

По тепловому эффекту каталитические процессы делят ъл экзотермические, идущие с выделением тепла (4-0 и эндотермические (—Q). ОЬобенно сильно сказывается знак теплового эффекта на зависимости равновесия реакции от температуры. [c.69]

Тепловые эффекты процесса. Тепловой эффект каталитического риформинга определяется глубиной протекания реакций дегидрирования нафтеновых углеводородов, дегидроциклизацией парафиновых углеводородов и гидрокрекингом, главным образом, парафиновых углеводородов. Остальные реакции в связи с малыми удельными их значениями в процессе в тепловом балансе могут не учитываться. Реакции дегидрирования и дегидроциклизацин протекают с поглощением тепла, реакции гидрокрекинга — с выделением тепла. Суммарный тепловой эффект будет определяться соотношением глубин протекания этих реакций [67, 68]. [c.40]

Для дрределения активности контактов и исследования, кинетики гетерогенных каталитических процессов применяются статический, проточный и наиболее прогрессивный — безградиентный методы. Примене-иие стат ичеЬкого метода ограничивается осложнением кинетических данных макрофакторами, связанными с внешнедиффузионными затруднениями переноса вещества и тепла. Применение статического метода перемешивающих устройств (цикл, включающий реактор и циркуляционный насос) позволяет освободиться от таких осложнений. Циклическое устройство с перемешиванием для статического метода было предложено в работах [1, 2], и он был переименован в квазистатический метод. Наиболее часто применяется проточный метод исследования кинетики. Однако в лабораторных условиях (малые количества контакта) из-за стеночного эффекта, продольного перемешивания, а также неизо-термичности вдоль и по сечению слоя практически невозможно поддерживать в шихте контакта условия метода идеального вытеснения. [c.102]

При выводе расчетных формул не учитывался вопрос о влиянии темпера-гуры, хотя он крайне важен, так как большое число каталитических процессов требует не только высоких давлений, но и высоких температур. Если к сосуду, находящемуся под высоким давлением, подводится тепло, то распределение напряжений в стенках сосуда изменяется. Например, при наружном нагреве внешние слои испытывают сжатие, в то время как внутренние слои находятся в состоянии растяжения. В этом случае стенки цилиндра настолько ослабляются, что для компенсации указанного эффекта при той же величине внутреннего давления становятся необходимыми более толстые стенки. При температурном градиенте, отвечающем случаю внутреннего нагрева, напряжения растяжения во внутренних слоях цилиндрических стенок настолько понижаются, что цилиндр приобретает большую прочность по сравнению с условиями, при которых указанный температурный градиент отсутствует. [c.41]

Системы реакторов. Тепловые эффекты реакций риформинга. Во всех исследованиях каталитических процессов особое внимание уделяется вопросу поддержания постоянной температуры в реакторе. Ввиду того, что основной реакцией риформинга является дегидрогенизация, весь процесс в целом эпдотермичен. Поэтому для ноддержаиия в реакторе оптимальной температуры необходимо подводить большие количества тепла. Часть необходимого тепла подводится с предварительно нагретыми лигроиновым сырьем и рециркулирующим газом. В процессах с неподвижным слоем очень активного платинового катализатора для предотвращения падения температуры в зоне реакции нельзя предварительно достаточно нагреть сырье, так как нри этом возможно протекание нежелательных термических реакций. С понижением температуры иптенсивпость реакций дегидроизомеризации, гидрокрекинга и дегидроциклизации снижается. Поэтому для проведепия указанных процессов в условпях, близких к изотермическим, реакторную систему разделяют на ряд отдельных реакторов (обычно три) с обеспечением каждого из них промежуточными нагревательными печами. [c.606]

Реактор с движущимся слоем представляет собой аппарат колонного типа, имеющий в основании опорную решетку (выполняющую функцию распределителя), на которой размещается слой материала. Используют этот реактор для проведения каталитических реакций, при обжиге, окислении и т. д. Интенсивное движение частиц материала приводит к интенсификации процессов тепло- и массопереноса и позводяет применять реакторы этого типа для проведения реакций с большим тепловым эффектом, в том числе для каталитических реакций на твердом катализаторе. Реактор снабжен системой улавливания твердых частиц, уносимых газовым потоком, а для каталитических процессов — также системой распределения катализатора. [c.581]

Прямое фторирование углеводородов было освоено только после создания специальной аппаратуры и разработки особых приемов, позволивших преодолеть трудности, возникающ ие при этой реакции. Большой вклад в это дело внес американский химик Хемистон. Каталитический процесс. Оказалось, что интенсивность реакций фторирования можно снизить путем хорошего отвода тепла и разбавления смеси фторируемого органического вещества и элементарного фтора инертным газом, например азотом. Для отвода тепла в реакционное пространство вводится туго скрученная медная сетка выделяющееся тепло удаляется через стенки реактора, соприкасающиеся с сеткой. Таким образом удалось предотвратить сгорание органических веществ в свободном фторе. Дальнейшими исследованиями установлено, что природа металлической сетки (или насадки) оказывает заметное влияние на реакцию. Наиболее эффективными насадками при каталитическом фторировании являются медные стружки, покрытые различными металлами,— золотом, кобальтом, серебром, никелем или латунью покрытия из ртути, хрома, родия и железа менее пригодны. Эффект покрытия объясняется образованием на поверхности сетки высших фторидов металлов, которые и являются фторирующими агентами роль элементарного фтора при этом сводится, по-видимому, к регенерации фторидов металла. Таким образом, в процессе фторирования участвуют углеводород и высший фторид металла, являющийся менее активным фторирующим реагентом, чем фтор. Несмотря на жесткие условия, в присутствии насадок выход фторуглеродов повышается до 40—90%. [c.61]

Состав продуктов распада неароматических примесей зависит от режима процесса. При более мягких условиях (каталитический процесс) в продуктах реакции помимо метана и этана присутствует также пропан. В случае ужесточения режима (термический процесс) образуются только метан и этан. Выделяющееся количество тепла зависит от молекулярного веса сырья и состава конечных продуктов. При термическом процессе переработки углеводородной смеси с 6—8 углеродными атомами тепловой эффект составляет 55—60 ккал1моль сырья. Основными реакциями гидрокрекинга в этом случае являются [c.164]

При проведении каталитического процесса в промышленной аппаратуре очень большое значение имеет правильное осуществление физических этапов процесса подвода реагентов к поверхности катализатора, их диффузии вглубь катализатора, отвода продуктов реак -ции и переноса тепла (особенно отвода тепла при экзотермической реакщ и). При медленном протекании этих физических этапов или при очень быстром течении каталитической реакции общая скорость всего технологического процесса может определяться физическими условиями. В этом случае увеличение активности катализатора не даст должного эффекта. Для интенсификации такого производства необходимо создать [c.75]

Для проведения алкилирования в присутствии НР используют несколько более высокие рабочие температуры - порядка 25-35°С. Повышение температуры становится возможным не только из-за отсутствия окислительных реакций. Пользуясь понятием "каталитическая активность можно сказать, что НР несколько менее активный катализатор, чем Н2504, и чтобы скорости реакции были сравнимы, необходимы более высокие температуры. Это не является недостатком метода, поскольку стоимость оборудования реактора охладительными устройствами для поглощения и отвода тепла (тепловой эффект реакции составляет 20 ккал/моль) можно снизить. Механизм процесса алкилирования изобутана бутиленами гораздо сложнее, чем это следует из реакций (4)-(6) /26-28/. Хотя [c.142]

Единого мнения о роли в реакторах медной или никелевой насадки нет. Так, полагают, что медная сетка выполняет две функции во-первых, снижает тепловой эффект за счет эффективного отвода тепла реакции и устраняет возможные местные перегревы во-вторых, промотирует ее. Каталитические свойства можно было бы связать с образованием на поверхности металла фторида, который может сам выступать в роли фторирующего агента. Однако это, вероятно, не так, поскольку сами фториды этих металлов проявляют фторирующие свойства при значительно более высоких температурах. Вместе с тем присутствие на поверхности металлов таких фторидов, как AgF2, может при 250 °С и выше сказаться на скорости фторирования. Роль свободного фтора в этом случае состоит в регенерации фторида металла. Модифицирование медной насадки другими металлами не оказывает сколько-нибудь существенного влияния на протекание процесса фторирования. [c.221]

На установках каталатаческого риформинга применяют реакторы с неподвижным или движущимся катализатором. Первые представляют собой адиабатические аппараты. В зависимости от направления движения обрабатываемой среды они подразделяются на реакторы с радиальным движением от периферии к центру (рис. 56) и аксиальным (нисходящим или восходящим потоком). В реакторах риформинга процесс проходит при значительных отрицательных тепловых эффектах, что вызывает необходимость непрерывного подвода тепла в зону реакции и создания каскада аппаратов со ступенчатым регулированием температурного режима. Разделение одного общего реакционного объема на несколько объемов в последовательно соединенных отдельных адиабатических реакторах с промежуточным подводом тепла в реакционные зоны от трубчатой нагревательной печи позволяет уменьшить перепад температур по высоте реакционного объема в каждом аппарате до невысоких значений (15 — 50 °С). Реакторы каталитического риформинга с неподвижным слоем катализатора рассчитаны на рабочее давление 1,5 — 4,0 МПа. [c.142]

Температура конденсированных частиц в пламени может отличаться от температуры газов. Вследствие излучения частицы теряют теплоту, но они получают ее от газов пламени за счет различных процессов теплопфеноса. Температура частицы устанавливается такой, что градиент температуры обеспечивает равенство поступающей теплоты теплоте, теряемой вследствие излучения. При больших размерах частиц разность температур молекулы газа и конденсированной частицы может быть значительной. При очень малых конденсированных частицах перенос тепла в соответствии с теорией теплопередачи происходит весьма эффективно, поэтому в отсутствие поверхностного каталитического эффекта [c.31]

По своим тепловым характеристикам все химические проце"ссьг разделяются на два типа а) экзотермические, протекающие с выделением тепла, и б) эндотермические, поглощающие тепло при реакции. Примерами экзотермических процессов служат селективная и деструктивная гидрогенизация различных типов сырья, полимеризация алкенов, алкилирование изопарафинов и ароматических углеводородов, конверсия окиси углерода и пр. Представителями эндотермических реакций являются все виды крекинг-процесса, гидроформинг бензинов и лигроинов, каталитическая ароматизация алканов, дегидрирование бутанов и других газов, конверсия метана и пр. Лишь в немногих случаях тепловой эффект реа ции незначителен или близок [c.12]

В некоторых работах [41, 68]приводятся тепло -вые эффекты процесса, которые в два раза меньше укс , 1 ЧИЛЫХ выше. Так, в работе [41] отмечается, что в промышленных условиях теплота каталитического крекш1га на аморфных катализаторах составляет около [c.40]

Уже в первых работах, посвященных каталитическому разложению ДМД [2], были опредейены условия реакции, обеспечивающие оптимальный выход изопрена, которые с небольшими отклонениями воспроизводились в большинстве более ноздних исследований. Обычно расщепление ДМД и других 1,3-диоксанов проводится при атмосферном или близком к атмосферному давлении. Поскольку разложение ДМД представляет собой эндотермическую реакцию с тепловым эффектом около 35 ккал/моль [19], процесс проводится с подводом тепла извне при 150—450 °С. При более высокой температуре увеличивается выход, изобутилена, возрастает опасность полимеризации изопрена, крекируется формальдегид и протекают другие нежелательные реакции. Процесс проводится обычно в присутствии водяного пара или других разбавителей. [c.36]

Наиболее важные химические процессы очень сложны, и анализ скоростей таких процессов связан с большими трудностями. В ходе реакции реагирующие вещества расходуются и образуются новые вещества температура системы изменяется в результате выделения или поглощения тепла при реакции могут наблюдаться и другие эффекты, сложным образом влияющие на ход реакции. Так, если каплю раствора перманганата калия ввести в раствор, содержащий перекись водорода и серную кислоту, то в течение нескольких минут заметной реакции не происходит. Затем эта реакция ускоряется, и в конце концов ее скорость может настолько возрасти, что струя приливаемого раствора перманганата будет обесцвечи-ваться моментально, как только попадет в восстанавливающий раствор. Такое ускорение реакции объясняется очень сильным каталитическим действием продуктов, образующихся при восстановлении перманганат-иона реакция протекает крайне медленно в отсутствие этих продуктов и сильно ускоряется too мере их образования. [c.486]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология