Коэффициент использования поверхности катализатора

Уравнение (3.13) имеет важный практический смысл. Анализ этого уравнения показывает, что фактор эффективности пористого катализатора асимптотически приближается к единице при уменьшении радиуса гранулы и константы скорости реакции или при увеличении коэффициента диффузии. Иначе говоря, эффективность использования поверхности катализатора мала для крупных гранул при больших значениях константы скорости и при малых значениях Х>эф. Наивысшая эффективность достигается при использовании гранул минимально возможного размера. Для очень активных катализаторов характерны низкие значения фактора эффективности, тогда как малоактивные катализаторы имеют высокие значения фактора эффективности. Графическая зависимость фактора эффективности от модуля Тиле имеет вид (рис. 3.6). Область I при малых значениях параметра фз соответствует т) 1, т. е. наблюдаемая скорость здесь равна кинетической. Эта область называется кинетической. При малых значениях [c.159]

Необходимо также отметить, что даже при низких значениях коэффициента использования внутренней поверхности катализатора т) кажущаяся энергия активации контактного процесса не уменьщается до значений <> 1—3 ккал/моль, характерных для внешнедиффузионной области. [c.289]

Таким образом, приведенные выше соображения определяют оптимальную величину порозности катализатора. Есть и другие факторы, которые также влияют на оптимальные размеры зерен (см. 1.14). Во всех случаях, когда коэффициент использования катализатора меньше единицы, т. е. когда внутренняя поверхность используется не полностью, химические характеристики реактора могут быть улучшены путем использования зерен меньшего размера. Однако это достигается за счет увеличения перепада давления. Естественно, что выбор оптимального размера зерна определяется разумным соотношением стоимости реактора и расходов на транспортировку реагентов [c.45]

При повышенном содержании SO2 на входе в реактор (например, 11% SO2 и 10% О2) температура в первой секции составляет 550 °С, степень преврашения — 75%. В этом случае газ, входящий в первую секцию псевдоожиженного слоя, должен иметь температуру 325 °С, а при более высоком содержании SO2 — еще меньшую температуру. С другой стороны, температура газа, содержащего 7% SO2 и 11% О2 на входе в реактор с неподвижным слоем, должна составлять 440°С при большей концентрации SO2 и меньшей О2 температура должна повышаться. Отвод тепла из реакторов с псевдоожиженным слоем может осуществляться с помощью теплообменников, погруженных в слой и обладающих малой поверхностью ввиду высоких коэффициентов теплообмена. При охлаждении водой значения коэффициента теплообмена между водой и слоем могут достигать 100—200 ккал град), в то время как для неподвижного слоя эта величина составляет 5—9 ккал (м -ч-град). В реакторе с псевдоожиженным слоем можно использовать более мелкозернистый катализатор из зерен диаметром 0,75—1,5 мм он обладает намного большей поверхностью по сравнению с крупнозернистым катализатором в неподвижном слое, используемым на начальных и серединных ступенях всего на 30—50%. Помимо этого, в псевдоожиженном слое отсутствует спекание катализатора, которое в течение одного года увеличивает гидравлическое сопротивление в 2 раза. Необходимое количество катализатора уменьшается вследствие лучшего использования поверхности зерна и возможности поддержания температурного режима, близкого к оптимальному. [c.356]

Кривые показывают, что степень использования внутренней поверхности катализатора снижается по мере увеличения скорости химической реакции и физического сопротивления движению реагента. Кроме того, видно, что в данной системе реагенты — катализатор увеличение фактора эффективности связано с размером частицы и в меньшей степени — с коэффициентом массопередачи р [последний приблизительно нронорционален Изменение этих двух параметров в опытах по исследованию превращения позволило установить, что физический перенос влияет на полную скорость превращения. Таким образом, если на скорость превращения не влияет скорость движения жидкости, то можно утверждать, что торможение внешней массопередачей отсутствует внутренняя диффузия, однако, может быть ограничивающим фактором. Чтобы получить окончательное решение, исследуют влияние диаметра частиц. [c.177]

Уравнение (17) имеет важный практический смысл оно показывает, что коэффициент эффективности пористого катализатора асимптотически приближается к единице при уменьшении радиуса гранулы и константы скорости реакции k , или при увеличении коэффициента диффузии. При увеличении ф tli Ф5 1 (th ф5 = = 0,99 при ф5 = 2,65) поэтому ti % З/ф (или 1/ф ) при ф > 2,6. Иначе говоря, эффективность использования внутренней поверхности катализатора мала для крупных гранул при больших значениях константы скорости ку и при малых значениях (реакция быстрая, а поры малы). Наивысшая эффективность достигается при использовании гранул минимально возможного размера (рис. 13) [3, с. 113]. Как следует из рис. 13 выход бутадиена практически не зависит от зернения катализатора лишь при размерах его частиц менее 1 мм это означает, что при 2г 1 мм т] 1. [c.89]

Итак, для получения надежных величин удельной активности условия эксперимента должны быть достаточно жестко лимитированы необходимо исследовать катализаторы,длительно поработавшие, достигшие стационарного состава исследования должны выполняться в изотермических условиях и в кинетической области. Последний фактор особенно важен для жидкофазных каталитических процессов. В жидкофазных реакциях, исключив влияние внешнедиффузионных ограничений, часто упускают из виду возможность протекания реакции во внутридиффузионной области. Для тонкопористых катализаторов это приводит к росту удельной активности с увеличением степени дисперсности катализаторов, если ие учитывается степень использования внутренней поверхности катализаторов, если в уравнения для расчета удельной активности не вводится при этом коэффициент т]. [c.143]

Значение характеризующего фактора К в большинстве случаев меняется в пределах от 10,5 (ароматизированное сырье) до 13,0 (сильно парафинистые фракции). Этот коэффициент непосредственно связан с коксуемостью сырья. Поскольку эффективность установок, как правило, лимитируется условиями регенерации катализатора, использование сырья с высокими значениями фактора К (высокое содержание парафинов и низкое — кокса) дает возможность поднять общую конверсию и выход бензина. Подобным же образом к росту выхода бензина приводит и изменение основных компонентов сырья переход от бициклических ароматических углеводородов к нормальным парафинам и изопарафинам, а затем к нафтенам [69]. Правда, при изменении типа сырья основное влияние на состав продуктов оказывает природа образующегося кокса, т. е. отлагается ли на поверхности катализатора каталитический, регенераторный, примесный кокс или кокс КонрадсоНа. [c.276]

Известно [21], что эффект увеличения удельной поверхности в достаточной мере может проявиться только при наличии в катализаторе определенного объема пор с разными по величине радиусами это обеспечивает снижение диффузионных ограничений внутри пор и увеличивает коэффициент использования внутренней поверхности. [c.32]

Поскольку основная масса кокса.расположена в наружных слоях частиц катализатора, а внутренняя поверхность катализатора полностью не используется, большое значение приобретают размер и форма частиц. Особенно большое значение размер и форма приобретают при жестких режимах гидрокрекинга, когда коксообразование увеличивается, скорость образования коксовых пробок повышается, а коэффициент использования внутренней поверхности катализатора уменьшается. Аналогичное поло жение наблюдается при использовании катализаторов с повышенной активностью. [c.39]

Коэффициент кг, характеризующий граничные условия, введен в формулу (9.34) в связи с тем, что при использовании высокоэффективных катализаторов и носителей с щироко разветвленной поверхностью принципиально возможно получение рабочей площади больще геометрической площади ТПЭ (вычисленной по геометрическим параметрам). Однако в этом случае из-за ограничений, накладываемых условиями переноса метана через пограничный слой, в работе одновременно сможет находиться только часть каталитически активной поверхности, суммарная площадь которой равна э. Введем обозначение [c.672]

Качественные выводы об оптимальной пористой структуре катализатора можно сделать с помощью анализа функциональной структуры коэффициентов, входящих в уравнение для наблюдаемой скорости гетерогенно-каталитической реакции. На основе такого анализа Боресков сформулировал рекомендации для выбора оптимальной пористой структуры катализатора в зависимости от условий процесса в реакторе. Прн низкой удельной активности необходимо использовать катализаторы с монодисперсной структурой и развитой внутренней поверхностью. Для катализаторов с высокой удельной активностью при низких и средних давлениях оптимальной является бидисперсная структура, состоящая из узких и широких пор. Наличие широких пор должно обеспечить перенос реагирующих веществ в глубь зериа и более полное использование внутренней поверхности катализатора. Эти рекомендации определяют лишь общий характер оптимальной пористой структуры катализатора. [c.159]

Независимость гидравлического сопротивления кипящего слоя от размера частиц [см. уравнения (1.1)—(1-3)] позволяет применять мелкозернистый катализатор. Из соображений полноты использования поверхности радиус зерна сферической формы не должен превышать глубину проникновения внутрь зерна молекул реагирующих газов. Диаметр частиц катализатора известной пористой структуры, при котором т >= 1 для каждого конкретного случая определяется, в основном, температурой проведения процесса, концентрацией реагентов и задаваемой степенью превращения. Следует помнить, что с повышением температуры константа скорости химической реакции увеличивается значительно быстрее коэффициента диффузии. Следовательно, степень использования внутренней поверхности катализатора уменьшается, если скорость процесса лимитируется диффузией через поры. С уменьшением температуры т увеличивается. Степень использования внутренней поверхности катализатора увеличивается также с возрастанием х и уменьшением размера частиц. [c.92]

Рис. УПЫ9. Зависимость коэффициента использования внутренней поверхности катализатора Я от модуля Тиле (Ф или

Рис. 4. Степень использования внутренней поверхности катализатора в зависимости от отношений эффективных коэффициентов диффузии макро-н переходных пор к микропорам в степени 0,5.

Таким образом, степень использования поверхности растет с уменьшением диаметра частиц катализатора ч (уменьшается длина пор), с понижением константы скорости химической реакции к и концентрации реагентов на внешней поверхности катализатора С , к и С , определяют скорость реакции), а также с увеличением коэффициента диффузии реагентов О. [c.85]

Контактные аппараты с кипящими слоями катализатора (КС) находят все более широкое применение. Они обеспечивают протекание каталитических процессов при изотермическом температурном режиме даже при высоких тепловых эффектах реакции. Независимость гидравлического сопротивления кипящих слоев от размера частиц и линейной скорости газа дает возможность нрн-менения мелкозернистых катализаторов. Это позволяет эффективно проводить процессы в кинетической области при полном использовании внутренней поверхности катализаторов. Высокая теплопроводность кипящего слоя, обусловленная подвижностью частиц, создает благоприятные условия для отвода или подвода теплоты непосредственно в слое катализатора, без опасения вызвать локальные затухания или перегрев контактной массы. При этом вследствие высоких значений коэффициентов теплопередачи от кипящего слоя к тепловому агенту обеспечивается наиболее эффективный теплообмен и соответственно уменьшаются размеры теплообменных узлов. [c.141]

Скорость окислительной конверсии метанола как гетерогеннокаталитической реакции, протекающей во внешнедиффузионной области, не зависит от объемной скорости подачи метанола (при уменьшении объемной скорости несколько возрастает лишь доля побочных превращений, протекающих в свободном пространстве). Роль временного параметра в реакциях рассматриваемого типа играет линейная скорость потока, рассчитываемая как отношение объема парогазовой смеси (метанол, вода, воздух), прошедшего за единицу времени, к площади сечения реактора. Чем выше линейная скорость, тем большее количество метанола (и кислорода) соприкасается за единицу времени с поверхностью катализатора и, следовательно, подвергается превращению, что позволяет говорить о повышении коэффициента использования поверхности катализатора [98]. Лишь при предельно низких линейных скоростях конверсия метанола возрастает. Обычно это происходит из-за резкого увеличения вклада побочных реакций, т. е. падения селективности образования формальдегида. И лишь при увеличении линейной скорости примерно на порядок и конверсия, и селективность образования начинает падать, теперь уже вследствие постепенного смещения системы во внекаталитическую область . Отмеченные зависимости наглядно видны и в том случае, когда вместо линейной скорости потока в качестве аргумента принимают пропорциональную ей величину, называемую нагрузкой по метанолу, и выражают массой последнего, которая подается на единицу сечения реактора в единицу времени. Очевидно, что нагрузка по метанолу наглядно характеризует производительность катализатора. Как показывает рис. 18, изменение нагрузки в пределах от 50—70 до 350—380 г/(см -ч) (линейная скорость потока увеличивается при этом от 1,5 до 6,0 м/с) практически не сказывается ни на конверсии метанола, ни на выходе формальдегида (рис. 18). В промышленных аппаратах линейная скорость поддерживается на уровне 0,7—1,5 м/с, что соответствует объемной скорости по жидкому сырью 24—33 ч . Сопоставление этой величины с объемной скоростью процесса в кинетической области (0,2 ч ) свидетельствует о том, что производительность серебряного катализатора во внешнедиффузионной области примерно на 2 порядка выше, чем в кинетической. Это соотношение примерно соблюдается и при сравнении производительности серебряного контакта с железомолибденовым. [c.45]

Показано влияние диффузионного переноса веществ внутри пор катализатора различной пористой структуры на селективность и скорость гидрирования окиси углерода в спирты. При протекании процесса гидрирования в кинетическом и внешнедиффузионном режимах пористая структура 2п—Сг образцов катализатора, промотированного К2СО3, не влияет на селективность образования отдельных спиртов от С1 до С5 и процесса синтеза в целом. Когда скорость процесса лимитируется транспортом веществ внутри пор образцов катализаторов, коэффициент селективности по метанолу изменяется пропорционально отношению эффективных коэффициентов диффузии для макро- и переходных пор к микропорам в степени 0,5, а селективность по другим спиртам изменяется антибатно изменениям селективности по метанолу. Найдена зависимость селективности процесса по каждому спирту от С1 до С4 от степени использования внутренней поверхности катализатора. [c.137]

Теорию Темкина и Пыжева анализировал Хьюбер утверждавший, что уравнение Темкина и Пыжева относится к некоторому участку на поверхности катализатора и является функцией концентраций аммиака, водорода и азота на этом участке. Указанные концентрации изменяются не только вследствие образования и разложения аммиака, но также вследствие диффузии, выравнивающей концентрацию в окрестности данного участка, на что, в частности, обращал внимание сам Темкин. При использовании уравнения Темкина и Пыжева считается, что концентрация в порах зерен и в потоке газа примерно одинакова. Диффузионные эффекты, наблюдающиеся при более крупных зернах катализатора, учитываются при помощи поправочных коэффициентов. В уравнении Темкина фигурируют эмпирические величины, а именно показатель степени а и константы скорости реакции ki и кг- Величину а = 0,5, часто используемую при расчетах, Темкин считает достаточно надежной, хотя по опытным данным величина а меняется от 0,4 до 0,6. [c.315]

В формуле (1.13) размерностивеличин i[q] = кДж/кмоль-ч, [ X ] = кДж/м -ч-°С, и она справедлива для стационарного режима. Понятно, что температура поверхности катализатора будет меняться вдоль его слоя. Изотермические условия могут быть реальными при использовании разбавленной. омеси или высоких коэффициентов теплопроводности и для реакций с небольшим тепловым эффектом. [c.12]

В первоначальном варианте 5 рассматривалась как работающая площадь поверхности катализатора и принималось, что для массивных катализаторов она равна всей истинной площади поверхностн катализатора. Для пористых катализаторов с развитой внутренней поверхностью работающая поверхность может составить лишь некоторую долю от всей внутренней площади поверхности вследствие диффузионных ограничений. В уравнение для расчета удельной активности вводится коэффициент т], учитывающий степень использования внутренней поверхности катализатора [c.140]

В данном случае роль мелких пор и степень использования внутренней поверхности катализатора будут зависеть от константы скорости химической реакции, коэффициента диффузии и формы кинетического уравнения. Если скорость химической реакции значительно меньше, чем скорость переноса, то концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции в газовом потоке у поверхности и в центре зерен катализатора не отличаются заметно друг от друга. В этом случае каталитический процесс лежит в кинетической области и описывается уравнением кинетики той реакции, которая протекает на поверхности катализатора. Скорость таких реакций прямо пропорциональна общей внутренней поверхности катализатора. Поэтому для малоактивных катализаторов в этих условиях наиболее выгодна тонкопористая структура с мршимальным диаметром пор, обеспечивающим встречное движение молекул реагирующих веществ и продуктов реакции в капиллярах. Наоборот, для химических реакций, протекающих с достаточно большой скоростью, когда разность концентраций реагирующих веществ у внешней поверхности и в центре зерен катализатора очень велика, степень использования внутренней поверхности катализатора меньше единицы п уменьшается с ростом параметра [c.222]

В процессах со стационарным слоем катализатора дальнейшее уменьшение диаметра экструдированных частиц катализатора лимитировано возрастанием перепада давления.в реакторе. Поэтому в последнее время для увеличения коэффициента использования катализатора в процессах со стационарным слоем oтaJ и применяться катализаторы с большим отношением удельной поверхности к объему. Форма частиц также является важным,фактором при определении активности и срока службы катализаторов обессеривания остаточного сырья. [c.47]

При уменьшении диаметра зерен и доли свободного объема засыпки уменьшаются расходы на катализатор и контактный аппарат. Однако при этом Еозрастают расходы на преодоление гидравлического сопротивления. Положение оптимума зависит от технологического режима, капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Рассмотрим вначале, как изменяются гидравлическое сопротивление, доля свободного объема и коэффициент использования внутренней поверхности для различных форм зерен катализатора и способов засыпки. [c.68]

Концентрация водорода на поверхности катализатора зависит также от скорости расхода водорода, величины коэффициента диффузии и пути диффузии, который приходится проходить водороду в жидкости до частицы катализатора. В силу этого важно обеспечить возможно равномерное распределение катализатора по объему жид1 ости, что достигается использованием тонкоизмельченного-плавающего катализатора. [c.286]

Применение нитридных катализаторов в процессах с внутренним охлаждением, где катализатор взвешен в масле [34], и процессах с псевдокипящим слоем [35] может быть возможным в зависимости от того, будут ли образовываться в достаточном количестве высокомолекулярные продукты для поддержания требуемого количества охлаждающегося масла . В процессе с текучим слоем (флюид-процесс) с восстановленным железом температура реактора должна поддерживаться достаточно высокой для предотвращения накопления в нем и на поверхности катализатора продуктов, вызывающих нарушение режима процесса. Однако требуемые для этого температуры 325—350° ведут к сокращению срока службы и разрушению катализатора. В случае получения продуктов низкого молекулярного веса нитриды могут быть использованы в реакторах с текучим слоем катализатора при относительно низких температурах (ниже 270°) в этих условиях нитриды вполне химически стабильны и обладают механической прочностью. Холл [36] сообщил об успешном использовании нитридного железного катализатора (обработанной щелочами окалины) в реакторе с движущимся слоем при 250°. Процесс проводился при следующих условиях состав газа Нг СО = 2 1 и давление 40 атм объемная скорость исходной смеси (неподвижный слой) 1800, коэффициент рециркуляции 28, степень превращения окиси углерода 74,5% и коэффициент использования 1,52. При этом были получены следующие продукты (в граммах на 1 ис.ходной смеси) СН4—17 Сг—С4—54 фракция с числом атомов углерода в молекулах больше 5 составляла 45 спирты и кислоты в водном слое— 16. Фракция с более чем 5 атомами углерода в молекулах в количестве 68% перегонялась ниже 200°. Гидроксильное число фракции, перегоняемой в пределах 80—150°, равно 265. Через 6 дней к моменту окончания [c.288]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология