Массопередача слоем катализатора

Сами понятия о механизме гетерогенно-каталитического процесса в известной мере неоднозначны. С одной стороны, с позиций механизма гетерогенного катализа любая реакция протекает через следующие стадии 1) массопередача реагентов из потока к внешнему слою катализатора 2) диффузия реагентов через поры внутрь зерна катализатора 3) адсорбция реагентов на твердой поверхности катализатора 4) химическая реакция между адсорбированными реагентами 5) десорбция продукта химической реакции с поверхности катализатора 6) диффузия продукта из пор катализатора 7) массопередача продукта с поверхности катализатора в поток. 1- г [c.144]

В действительности, однако, вопрос об устойчивости адиабатического слоя более сложен. Если он представляет собой неподвижный слой катализатора и существует заметное сопротивление внешней массопередаче к поверхности зерен катализатора, то возникают новые проблемы устойчивости, так как каждое зерно может работать в высокотемпературном или низкотемпературном режиме. При некоторых условиях стационарный режим слоя зависит от начального состояния при пуске реактора. Этот вопрос исследован Амундсоном и Лю (см. библиографию на стр. 252), но подробное его изложение выходит за рамки настоящей книги. [c.249]

В трубчатых реакторах имеются хорошие условия для отвода тепла от катализатора. Это объясняется тем, что отношение поверхности теплоотдачи к объему катализатора в них весьма велико. Кроме того, в трубчатых реакторах применяют большей частью высокие слои катализатора и соответствующие им большие линейные скорости потока газа, что обеспечивает приемлемые значения констант тепло- и массопередачи. Указанные преимущества позволяют осуществлять в трубчатых реакторах сильно экзотермические процессы) например, различные реакции каталитического окисления). [c.267]

Кроме проблем, связанных с массопередачей к поверхности катализатора и от нее, существует другая, практически важная проблема для испытательных реакторов (и, возможно, для конверторов промышленного размера), которая связана с различиями в насыпной плотности в слое катализатора. Неравномерность засыпки приводит к неравномерности скоростей газового потока в различных местах слоя катализатора. Большее количество газа пойдет через части слоя, обладающие невысокой плотностью, чем через более плотные. [c.52]

Поскольку в аппаратах с твердым катализатором реакция идет на поверхности последнего, то перенос массы на границе фаз протекает в отсутствие химической реакции. Поэтому для определения значений коэффициентов межфазного переноса в аппаратах с суспендированным катализатором, где велика доля жидкой фазы, инертной в отношении химической реакции, можно пользоваться формулами, принятыми для расчета чисто массообменных аппаратов, например из [5]. Для неподвижного слоя катализатора за неимением более точных и обоснованных выражений в первом приближении, видимо, можно использовать формулу (7) для расчета коэффициентов межфазного переноса при наличии химической реакции. Тогда будут получены нижние значения коэффициентов массопередачи, поскольку здесь не учитывается увеличение градиента концентраций между жидкостью и газом, получаемое за счет протекания химической реакции на катализаторе, объем которого сравним с объемом жидкой фазы. [c.82]

Массопередача между газом и поверхностью твердых гранул часто определяет механизм гетерогенной реакции, особенно в промышленных условиях, когда ограничения потери напора, вызванные экономическими соображениями, заставляют выбирать такую скорость потока, при которой ни скорость адсорбции, ни скорость реакции на поверхности катализатора не являются определяющими. В процессах с псевдоожиженным слоем скорость потока ограничивается из-за необходимости свести к минимуму унос твердых частиц. [c.283]

Расчет высоты слоя катализатора складывается из определения коэффициента массопередачи kp по уравнениям (3.41) и (3.42), а затем высоты слоя Я по уравнению (3.40). [c.92]

Рн и рк — парциальное давление кислорода до и после слоя катализатора, ат Р — коэффициент массопередачи, м ч [c.313]

С ростом линейной скорости в контактном аппарате увеличивается коэффициент массопередачи, что способствует полноте превращения кислорода. Увеличение линейной скорости ограничивается ростом гидравлического сопротивления слоя катализатора. В условиях работы с повышенным давлением увеличиваются допустимые гидравлические потери в контактном аппарате, что дает возможность повысить массовую скорость газа. [c.72]

Пользуясь уравнениями (III.107), (III.108) и граничными условиями (III.109), (III.110), можно получить оценку условий, при которых существует заметный перепад концентрации и температуры между поверхностью катализатора и внешней средой. Как было показано в разделе III.2, внешнее сопротивление массопередаче начинает сказываться только, когда реакция локализуется в тонком слое, толщина которого сравнима с толщиной диффузионного пограничного слоя б. Действительно, поскольку величина о является мерой проникновения реакции в глубь пористого катализатора, так что d /dx W о, из граничного условия (III.109) следует [c.132]

Как уже указывалось, процессы массопередачи и химической реакции не являются полностью независимыми. Поэтому в случае неравнодоступной поверхности нельзя вычислять макроскопическую скорость гетерогенного процесса, просто приравнивая величину q [см. уравнение (111.12)] к скорости реакции на активной поверхности. Так как локальная скорость массопередачи к различным участкам поверхности неодинакова, при этом возникает тем большая ошибка, чем больше перепад концентрации реагента вдоль активной поверхности. К счастью, в наиболее важном для технологии случае.— в случае процессов, протекающих в зернистом слое катализатора, поверхность твердых частиц можно, по-видимому, с достаточной степенью точности считать равнодоступной в диффузионном отношении. Эксперименты по определению р в зернистом слое [16] показывают, что локальные значения изменяются вдоль поверхности довольно нерегулярно, оставаясь, однако,,величинами одного порядка. Исключение составляют небольшие участки близ точек соприкосновения твердых частиц, практически не участвующие в процессе из-за очень медленного подвода к ним реагентов. Приближение равнодоступной поверхности [1 ] приводит к единственному практически приемлемому методу расчета процессов в зернистом слое, и мы будем в дальнейшем широко им пользоваться. [c.105]

Тепло- и массопередача в реакторах с неподвижным и подвижным слоями катализатора, Хвахак ка хвахак коноп, 10, № 3, 156 (1966). [c.559]

Очень часто каталитические процессы це.яесообразно проводить в реакторах с движущимся (взвешенным) слоем катализатора, так как при этом обеспечивается большая поверхность контакта и хороший контроль температур (реакция протекает практически в изотермических условиях). Кроме того, преимущество этих реакторов заключается в возможности сохранения активности катализатора путем непрерывного восстановления некоторой его части и использовании теплоты восстановления (в основном восстановление катализатора является экзотермическим процессом) для осуществления более экономичного теплового баланса процесса. В случае экзотермических реакций реактор с движущимся слоем имеет более высокий коэффициент массопередачи, чем реактор с неподвижным слоем. [c.310]

При переходе от пеподвижпого слоя к псевдоожиженному диаметр зерен изменяется по величине на порядок, в то время как скорость газового потока изменяется мало. Например, в работе [2] приведены некоторые данные для окисления нафталина во] фталевый ангидрид в промышленных условиях. Процесс проводится в неподвижном слое катализатора с зернами порядка 5—7 мм при линейной скорости 1,35 м1сек, а в псевдоожиженном слое—с зернами 0,125 при линейной скорости 0,25 м1сек, т. е. диаметр частиц уменьшается в 48 раз, а линейная скорость — лишь в 5,4 раза. Подробное изложение экспериментальных данных по массообмену в неподвижном и псевдоожиженном слоях приведено в монографии М. Лева [3]. В большинстве случаев коэффициент массопередачи от газового потока к частицам определяется для неподвижного и нсевдоожиженного слоев практически одинаковыми зависимостями, прямо пропорционален линейной скорости газа в степени 0,49—0,66 и обратно пропорционален эквивалентному диаметру частиц в степени 0,34ч-4-0,51. Можно принять приблизительно, что [c.349]

Испытание катализаторов селективного гидрокрекинга или гидронитроочистки следует проводить на действующих установках, причем должны быть испытаны как модельные соединения (т. е. хризен и 1,2-бензофлуорен), так и реальные жидкие продукты процесса Коалкон. Обычное испытание в проточном реакторе приводит к ряду трудностей (см. разд. 8.3), двухфазные системы с восходящим потоком могут дать результаты, осложненные ограничением массопередачи [9]. Эффективная реакторная система для изучения как основных параметров реакций, так и кинетики была описана Карберри, а позднее улучшена другими исследователями (см. разд. 8.3). Эта система включает автоклав с постоянным потоком газа и жидкостей либо через вращающуюся корзиночку с катализатором, либо через фиксированный слой катализатора, заполненный пульсирующим потоком газа и жидкости. [c.180]

Основные научные работы посвящены тгоретическим аспектам химической технологии. Развил (1950-е) теорию массопередачи, ввел новые критерии подобия с учетом турбулентного переноса и представлений о факторе динамического состояния поверхности. Рассмотрел вопрос о моделировании гидродинамических, тепловых и диффузионных процессов в химических реакторах на основе теории подобия и показал (1963) недостаточность этой теории для моделирования химических процессов. Обосновал (1960—1970) системные принципы математического моделирования химических процессов. Открыл явление скачкообразного увеличения тепло- и массообмена при инверсии фаз. Автор учебников и монографий— Основы массопередачи (3-е изд. 1979), Методы кибернетики в химии и химической технологии (3-е изд. 1976), Введение в инженерные расчеты реакторов с неподвижным слоем катализатора (1969) и др. [c.227]

Пример 20-7. Массопередача в хииичесжои реакторе с неподвюкным слоем катализатора. В таком реакторе, предназначенном для гидрирования бензола, общее давление составляет 30 атм. В некотором поперечном сечении активной зоны аппарата известны следующие средние (по объему потока) значения концентраций, относительных потоков и физических свойств (см. задачу 17-5) [c.617]

Аппараты кипящего слоя (КС) широко внедряются в производство, так как они имеют ряд преимуществ по сравнению с шахтными и полочными аппаратами с фильтрующим слоем. Турбули-зацпя двухфазной системы в кипящем слое обеспечивает весьма интенсивную тепло- п массопередачу между фазами и практическое постоянство температур во всем объеме слоя. Изотермичность и высокая эффективная теплопроводность кипящего слоя особенно важны для проведения обратимых экзотермических процессов, а также для интенсивного отвода теплоты из взвешенного слоя с помощью малогабаритных теплообменпых элементов. В фильтрующем слое, например в шахтпых печах и контактных аппаратах, невозможно применять мелкозернистый материал из-за резкого возрастания гидравлического сопротивления, а во взвешенном слое измельчение твердого материала приводит к снижению необходимого гидравлического сопротивления и резкому возрастанию скорости межфазных процессов за счет увеличения поверхности соприкосновения. Решающее значение в ряде процессов приобретает текучесть зернистого материала во взвешенном слое. В кипящем слое катализатора можно перерабатывать запыленные, а также высококонцентрированные газы, для которых неприменим фильтрующий слой. [c.10]

Расчет высоты слоя катализатора складывается из определения коэффициента массопередачи кр по уравнениям (3.79) и (3.80), а затем высоты слоя Н по ypaвнeнию (3.78). [c.110]

Интерес инженера-химика к массопередаче вытекает главным образом из его традиционной роли как специалиста при проектировании процессов разделения. Материалы, вступающие в химическое взаимодействие, предварительно очищают путем разделения или концентрирования реагирующих веществ, а ценные продукты необходимо выделить из потока, покидающего реактор. Хотя массообменное оборудование по отношению к реактору является вспомогательным, его стоимость нередко составляет значительную часть капиталовложений в установку. Эту ситуацию иллюстрирует рис. 1.1, который представляет собой технологическую схему промышленного производства формальдегида окислением метанола. Небольшой реактор содержит несколько слоев катализатора в виде серебряной сетки. Остальная часть установки включает типично массообменное оборудование для очистки исходных веществ, извлечения и очистки продукта, отделения и рециркуляции непрореагнровавшего метанола. Массопередача существенна и в самом реакторе, поскольку образование формальдегида не может происходить быстрее, чем скорость переноса меганола и кислорода из потока газа к поверхности серебра. [c.12]

Литература по массопередаче с химической реакцией в системах твердое тело — жидкость очень обильна и здесь может быть дана только очень краткая аннотация. Этот вопрос детально рассмотрен в ряде книг [47—52], посвященных каталитическим реакциям. Недавно было представлено много работ по факторам эффективности пористых катализаторов [63—60]. Среди прочих в работах [51—64] обсуждены некаталитические реакции газ—твердое тело. Поверхностные реакции были теоретически исследованы в ряде статей [65—74]. Обзоры исследований в области массопередачн в пограничных слоях были представлены Кузиком и Хаппелем [75] и Вегером и Хельшером [76]. Тема обсуждалась в разделах 3.4, [c.165]

Определяя коэффициент массопередачи для потока малой интенсивности, Кузик и Хэппел применили модель, учитывающую свободную поверхность. Кроме того, исследовался конвективный поток массы большой интенсивности в направлении, перпендикулярном поверхности частицы катализатора. В первом случае предполагалось, что частица окружена некоторым слоем вещества, причем на этот слой не влияют другие частицы. [c.85]

VIII-8), что в его экспериментальном диапазоне зависимость между j i и к, по существу, не зависит от изменения высоты осевшего слоя (к аналогичным выводам пришли также Оркатт с соавт. и Ланкастер ). Это означает, что эффективности катализатора в верхней и нижней частях реактора сопоставимы. Данное заключение примечательно, так как, согласно измерениям, дискретная фаза диспергирована более тонко в основании, чем в верхней части псевдоожиженного слоя со свободно барбо-тирующими пузырями Эти наблюдения качественно объяснимы, если предположить, что уменьшение поверхности пузыря и скорости переноса по высоте слоя сопровождается одновременным понижением скорости реакции за счет падения концентрации реагента (т. е. перемешивание в непрерывной фазе неполное). Следовательно, если, например, скорость реакции была бы лимитирующим фактором в основании слоя, то это положеняе должно было бы еще сохраниться на выходе из него, где скорости реакции и массопередачи были бы меньше и в результате не наблюдалось бы никакого влияния высоты слоя на его характеристику. Иная ситуация может возникнуть при больших расходах газа, когда возможно уменьшение скорости межфазного обмена газом из-за образования очень больших пузырей или при высоких скоростях реакции. [c.367]

Интенсивность массопередачи к внешней поверхности зерен катализатора зависит от конструкции контактного аппарата. Ее можно повысить, увеличив линейную скорость потока. Однако одновременно возрастает гидравлическое сопротивление слоя. Скорость вну енней диффузии зависит только от структурь пористого каталнз тора н свойств реагирующей среды. Уменьшение размера зерен снижает отрицательные последствия внутридиффузионного торможеннй, позволяя полнее использовать реакционный объем. Однако при этом также повышается гидравлическое сопротивление слоя частиц. При переводе процесса в кипяпщй слой, где можно использовать мелкие частицы, не повышая гидравлического сопротивления слоя, возникают специфические затруднения с диффузией реагентов между различными частями потока газов. [c.263]

Смотреть страницы где упоминается термин Массопередача слоем катализатора: [c.92] [c.289] [c.59] [c.451] [c.453] [c.404] [c.110] [c.123] [c.166] [c.319] [c.14] [c.567] [c.567] [c.354] [c.127] [c.14] [c.197] [c.197] [c.93] [c.204] [c.262] [c.292]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология