Катализатор теплопроводность слоя

Расчет эффективного коэффициента теплопроводности слоя катализатора по измерениям в экспериментальном реакторе. Величина эффективной теплопроводности может быть определена непосредственно, если известно распределение температуры по оси реактора, а также распределение температуры стенок реактора по всей длине слоя. В большинстве методов, использующихся Дл определения эффективного коэффициента теплопроводности [c.175]

Исходя из принятой начальной температуры газа, можно, пользуясь кинетическими данными предыдущих лабораторных исследований, проверить распределение температуры и степени превращения по оси реактора. Зная теплопроводность наружной изоляции и эффективный коэффициент теплопроводности слоя, можно рассчитать величину теплопотерь и учесть ее при нахождении распределения температуры вдоль слоя. Далее можно определить необходимую высоту слоя катализатора. При использовании этого метода оказалось, что высота слоя должна составлять А м, а его объем — 212 л. Подъем температуры можно существенно уменьшить, увеличивая избыток водорода. Следует также проверить, не превышает ли сопротивление потоку допустимую границу. Если для большей уверенности увеличить высоту слоя на 20%, то, в ко- [c.179]

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]

Из (30) следует, что в отсутствие продольной теплопроводности слоя катализатора (Л = 0) фронт может распространяться лишь в направлении фильтрации газа ( u>0). Этот вывод согласуется с утверждением теоремы 2. [c.40]

В наших исследованиях за основу взята математическая модель работы [162], которая расширена учетом двух важных процессов переноса. Во-первых,-это перенос массы в порах зерна катализатора стефановским потоком и влияние этого потока на изменение скорости подачи газового потока во-вторых, перенос тепла по слою катализатора за счет теплопроводности. Тогда математическое описание процесса выжига кокса в слое катализатора включает в себя уравнения (4 ) для поверхностных комплексов б, (4.11) для массы кокса на катализаторе дс и объемных компонентов 2, а также уравнения (4.13) для зерна катализатора с видоизмененным граничным условием при г = Кз, учитывающим теплопроводность слою [c.84]

Тепловая инерционность слоя. Высокая скорость химического превращения в зоне реакции обеспечивается достаточно высокой температурой. Заметим, что тепловая энергия в зоне реакции, движущейся в направлении фильтрации газа, складывается из энергии реакции и энергии, накопленной слоем катализатора. Перепад температур в зоне реакции оказывается выше адиабатического разогрева. Накопление значительного количества тепла слоем возможно только при достаточно большой тепловой инерционности слоя (т. е. при достаточно большом отношении теплоемкости слоя катализатора к теплоемкости реакционной смеси). Большая тепловая инерционность слоя обеспечивает медленную, сравнительно со скоростью подачи реакционной смеси, миграцию высокотемпературной зоны реакции. Медленная скорость миграции возможна и по другим причинам. Нанример, вследствие большой теплопроводности слоя или большого значения адиабатического разогрева. Однако, эти факторы при небольшой тепловой инерционности слоя не могут обеспечить разогрев зоны реакции выше адиабатического. Для технологической реализации процесса переключений медленная скорость миграции реакционной зоны чрезвычайно существенна. [c.99]

Обозначения Т, Гщ, Го — температуры слоя, на входе в слой и начальная с, Сщ, Со — соответствующие значения концентрации реагента в газовой смеси в слое на входе и начальное ц — линейная скорость потока газовой смеси, отнесенная к полному сечению слоя W T, с) —скорость химической реакции АГа — адиабатический разогрев смеси при полной степени превращения I, L —текущая и общая длина слоя катализатора Я — эффективный коэффициент продольной теплопроводности слоя Сел — средняя объемная теплоемкость слоя катализатора Ср — средняя объемная теплоемкость реакционной смеси е — пористость слоя катализатора у = = Ср + Ссл D — эффективный коэффициент диффузии реагента в газовой смеси. Эта модель удовлетворительно описывает процессы в адиабатическом слое катализатора при таких предположениях градиенты температур внутри зерен катализатора незначительны химические процессы па внутренней поверхности зерен и диффузионные процессы внутри пористых зерен квазистационарны по отношению к процессам переноса в газовой фазе процессы межфазного тепло- и массообмена настолько интенсивны, что температура и. концентрация реагента в твердой и газовой фазе неразличимы. [c.100]

При эндотермическом режиме самопроизвольная изотерма (кривая 2, рис. 46, б) приводит к понижению констант скорости по сравнению с адиабатой. Однако, используя высокую эффективную теплопроводность слоя и весьма большие коэффициенты теплоотдачи в реакторах смешения, следует подводить тепло непосредственно в слой катализатора и достигать увеличения движущей силы и максимальной степени превращения. Если количество подведенного тепла пр<С < < р (кривая 5), то уже достигается увеличение температуры и [c.83]

Теплообмен между неподвижным слоем катализатора и охлаждающими (или нагревающими) элементами весьма затруднен в виду низкой теплопроводности слоя. Поэтому в ряде процессов теплообменные элементы предпочитают ставить не в слое, а между слоями катализатора, что приводит к громоздкости реактора и трудности в его- Конструировании. В частности, эти трудности имеются при конструировании мощных реакторов для окисления сернистого газа в производстве серной кислоты (см. главу V). При установке теплообменных элементов в неподвижном слое катализатора или расположении катализатора в трубах (рис. 44) невозможно применять эффективные жидкие хладагенты, в частности, холодную воду для отвода тепла из слоя при экзотермическом процессе, так как вследствие плохой [c.105]

Повышенная т е п лопроводность зерен катализатора особенно важна для трубчатых аппаратов с отводом (или подводом) тепла непосредственно от слоя катализатора. Однако необходимая пористость зерен уменьшает их теплопроводность и находится в противоречии с ней. В кипящем слое мелкозернистого катализатора высокая эффективная теплопроводность слоя обеспечивается перемешиванием зерен. Именно перемешивание обеспечивает изотермичность слоя и увеличенные па порядок,коэффициенты теплоотдачи от слоя к охлаждающим поверхностям или наоборот. Однако даже в этом случае предпочтительны зерна с повышенной теплопроводностью. [c.126]

В аппаратах кипящего слоя при перемешивании зерен эффективная теплопроводность слоя катализатора в сотни раз больше, чем неподвижного, и температурный режим близок к изотермическому. Если в кипящем слое нет теплообменных элементов, то при хорошей тепловой изоляции, он является одновременно изотермическим и адиабатическим, и (к можно определить по одной из формул (II. 48) —(II. 53). [c.50]

Для эндотермических процессов при равенстве начальных температур изотермы и адиабаты а. н изотермический режим (кривая 2, рис. 14,6) приводит к снижению средней температуры слоя катализатора, по сравнению с адиабатическим (кривая /, рис. 14,6) и, следовательно, к снижению скорости процесса. Однако, используя высокую эффективную теплопроводность слоя и весьма большие коэффициенты теплоотдачи в изотермических реакторах смешения, следует подводить тепло непосредственно в слой катализатора и достигать увеличения максимальной степени превращения по сравнению с адиабатой (см. изотермы 5 и на рис. 14,6). [c.51]

ЭТОМ случае катализатор дезактивируется при критической скорости движения фронта, повышая в нем температуру. При этом все воздействия, которые могут перемещать реакщюнную зону к началу слоя, уменьшающие скорость реакции, могут привести к кратковременному повышению максимальной температуры в зоне реактора и на выходе из него. Изменения в обратном направлении приводят к противоположному явлению. Так, в [216] показано, что при синтезе винилацетата катализатор разлагается при температуре выше 500 °С. В этом случае возникает и формируется горячая зона с положительной обратной связью повышение температуры -> дезактивация-> движущаяся реакционная зона- повышение температуры (рис. 3.42). Этот механизм может объяснить появление высоких пиков температуры в таком реакторе. В работе [217] описан случай, в котором реакционная зона, возникшая на выходе из реактора, где максимальная температура, перемещалась ко входу реактора вследствие обратного переноса теплопроводности слоя. Однако здесь реакция не завершилась, и максимум температуры опять перемещался в направлении течения газового потока к выходу из реактора. Максимальная температура достигла 900 °С, винилацетат при этом уже не образовывался. После появления двух максимумов температуры неустойчивость исчезла, потому что катализатор был полностью дезактивирован. Установлено, что термические неустойчивости уже возникли при адсорбции ацетилена на катализаторе. Подобные эффекты математическому описанию пока не поддаются. [c.159]

Полочные реакторы. В аппаратах этого типа (рис. УП1-6) катализатор располагают слоями на полках, размещенных в цилиндрическом корпусе. На опорную балочную конструкцию укладывают колосниковую решетку, покрываемую металлической сеткой с ячейками размером, несколько меньшим размера зерна катализатора. Поверх сетки насыпают слой керамической или металлической насадки (например, колец Рашига, седел Инталокс и др.), препятствующей забиванию сетки частицами катализатора, а затем загружают катализатор. Сверху вновь укладывают металлическую сетку, над которой размещают слой насадки. Последний защищает катализатор от солей, содержащихся в паре, которые преимущественно откладываются на элементах насадки. Этот слой выполняет также распределительные функции, выравнивая температуры и скорости потока по сечению аппарата. Желательно, чтобы распределительный слой имел высокую эффективную теплопроводность, чтобы препятствовать конденсации пара на охлажденных участках. [c.386]

Здесь Ь — линейный размер ш — скорость потока су — объемная теплоемкость потока А — теплопроводность слоя катализатора [c.190]

Процесс каталитической очистки природного газа от гомологов метана методом гидрирования в неподвижном слое катализатора имеет ряд недостатков. К ним относятся низкая эффективная теплопроводность слоя катализатора, не позволяющая проводить процесс при оптимальном температурном режиме, повышение гидравлического сопротивления слоя по мере его работы из-за отложения в нем пыли и невысокая степень использования внутренней поверхности гранул катализатора. Отри- [c.116]

Некоторые авторы для изучения кинетики сильно экзотермических реакций применяли небольшой слой кипящего катализатора [8], не принимая во внимание, ввиду малых р .змеров слоя, особенностей процессов такого типа. Трудно количественно оценить погрешности такого метода, но его нельзя признать безупречным. В некоторых случаях удается нанести катализатор тонким слоем на головку термометра или на другую термостатированную поверхность относительно большой теплопроводности [9]. [c.349]

Известно, что исследование каталитических процессов на гранулированных катализаторах встречает ряд затруднений. Ввиду плохой теплопроводности слоя трудно добиться изотер-мичности гранул, довольно трудно учесть влияние стеночного эффекта, невозможно учесть наличие объемных цепных стадий процесса и их удельного веса в общем итоге работы катализатора. [c.65]

Рассмотрим три частных случая, приводящие к краевым задачам. Первая зада-ча-изучение коротких неподвижных сдоев катализатора. В этом случае учитывается только продольная диффузия и теплопроводность. Необходимо определить границы влияния продольной диффузии на скорость процесса. Вторая задача- модели -рование кипящего сдоя, где, в результате большой теплопроводности слоя, можно пренебречь продольным температурным градиентом. Третья задача- диффузия в порах отдельного зерна катализатора. [c.452]

Так как заметные величины повышения температуры можно получить в отдельных зернах катализатора, то целесообразно было бы рассмотреть в общих чертах те эффекты, которые возникают при регенерации неподвижного слоя катализатора. Часто наблюдалось, что фактическое сгорание кокса во время регенерации в неподвижном слое ограничено довольно узкой реакционной зоной, которая проходит через слой и приводит к волне повышения температуры. Нагрев при регенерации газа, идущего на сжигание, в то время когда он проходит через ту часть слоя, из которой кокс уже выгорел, приводит к появлению перелома температурного профиля, существующего все время, пока этот профиль движется через слой. Таким образом, достигаемые при этом температуры могут значительно превысить температуры, возникающие только в отдельном зерне. Во мно-гих случаях расчетные характеристики реактора, в котором протекают как основная реакция, так и регенерация, определяются в основном регенерацией, при которой возможно появление критических режимов. Важным предметом рассмотрения в системах с четким движущимся фронтом является относительное положение фактической реакционной зоны и температурного фронта. Благодаря собственным свойствам слоя катализатора (включая эффективную теплопроводность слоя и различные процессы теплопереноса у стенки реактора) реакционная зона и температурный фронт не обязательно должны двигаться одновременно это может иметь важные следствия как при проведении самого процесса, так и при проектировании. [c.232]

Число ячеек в данной работе варьировалось от 60 до 100, что приводило к системе, состоящей по крайней мере из 120 нели-нейных уравнений. Результаты расчетов сравнивались с экспериментами ло гидрированию бензола на никелевом катализаторе в условиях избытка водорода и при подаче в качестве яда тиофена. Расчеты показали, что все три модели дают результаты, очень близкие к экспериментам по концентрациям на выходе бензола, тиофена и по величине максимальной температуры в слое. Продольные профили температуры отличаются от экспериментальных наилучшее соответствие экспериментам показывает модель каскада реакторов идеального перемешивания, так как в ней учтена продольная теплопроводность слоя. [c.266]

Я — эффективная теплопроводность слоя катализатора, уменьшающаяся с уменьшением с(з. [c.112]

Теория расчета реакторов с неподвижным слоем катализатора была далее усовершенствована Динсом и Лапидусом [10], а также Биком [11], В настоящее время эта теория уже довольно основательно разработана, однако имеются сомнения в надежности экспериментального. материала, лежащего в ее основе, и отсюда сомнения в возможности ее использования для расчета реакторов с неподвижным слое.м катализатора . Это за.мечание, в частности, относится к расчету распределения температур, учитывая очень сильную зависимость скорости реакции от температуры, Несомненно, большое влияние может оказать и неполнота наших представлений о механизме теплопроводности слоя и неточный выбор температурного коэффициента. Достаточно разработанная теория должна учитывать разность темпе- [c.58]

Одна иа характерных черт псевдоожиженных газами систем, соетлит в образовании газовых пузырей, способствующих циркуляции твердых частиц и обусловливающих высокую теплопроводность слоя, но вредных с точки зрения механических и химических свойств системы. Действительно, интенсивная турбулизация, вызванная движением пузырей, может привести к истиранию катализатора. Кроме того, поскольку газовые пузыри несут с собою лишь малое количестпво твердых частиц, то возможен проскок большей части газа через слой без контакта с твердой фазой, а значит, и уменьшение общей эффективности процесса по сравнению с реактором с неподвижным слоем при тех же объемной скорости газа и массе катализатора. [c.333]

Обозначения Г, Г х, То - температуры слоя, на входе в слой и начальная с, Свх> Со соответствующие значения концентрации реагента в газовой смеси в слое, на входе и начальное и - линейная скорость потока газовой смеси, отнесенная к полному сечению слоя W T, с) - скорость химической реакции ДГад - адиабатический разогрев смеси при полной степени превращения I, L -текущая и общая длина слоя катализатора X - эффективный коэффициент продольной теплопроводности слоя - средняя обммная теплоемкость слоя катализатора Ср - средняя объемная теплоемкость реакционной смеси е -пористость слоя катализатора у = Ср + Сел D - эф ктивный коэффициент диффузии реагента в газовой смеси. [c.309]

На основе предположения о том, что динамика процессов в реакторе с неподвижным слое катализатора описывается математической моделью, учитывающей теплопроводность слоя катализатора, конвективный поток газа, межфазный тепло- и массообмен и химическую реакцию, изучается явление распространения теплового фронта. При некоторых естественных предположениях относительно зависимости скорости химическй реакции от температуры и состава реакционной смеси доказывается существование я единственность решения соответствующих уравнений в виде бегущей волны. Определяются условия существования стоячей волны. Нрицодятся оценки основных характеристик теплового фронта максимальной температуры, скорости распространения и ширины реакционной зоны. [c.167]

Рассмотрим это положение подробнее. В неподвижном слое катализатора перенос тепла осуществляется за счет теплопроводности зерен, излучения от зерен и конвекции газа, протекающего между зернами. Теплопроводность слоя зерен катализатора обычно невелика вследствие их пористости и малой поверхности контакта зерен друг с другом, излучение существенно лишь при 500" С и выше, конвекция газа по сечению слоя имеет большое значение лишь при сильном радиальном перемешивании газа, т. е. не в условиях неподвижного слод. Поэтому значения эффективного коэффициента теплопроводности Я,э неподвижного слоя катализаторов, слагающиеся из трех вышеназванных составляющих, весьма невелики и составляют для окисных и солевых катализаторов единицы ккал м-ч-град). Для пористых металлических зерен измеряется десятками, а для чистых металлов (сеток) сотнями ккал (м-ч-град). [c.94]

Высокая теплопроводность слоя позволяет подавать газ в слой при температуре ниже температуры зажигания з катализатора. Пфи этом необходимо, чтобы температура в слое ( сл), рассчитанная по уравнениям (111.12) или (111.42), (111.43), была не ниже tз. В этом случае скорость процесса в кипящем слое возрастает за счет повышения Хр и соответственно средневременной движущей силы процесса. [c.95]

Металлокерамика [103] — спрессованные микросферические шарики металла с высокой теплопроводностью. Регулируемая пористая структура зависит от размера исходных микрошариков и давления прессования. Пористость ее — до 40%, поверхность невелика. Основной недостаток — трудно наносить на нее активные соединения. Однако ввиду большой прочности металлокерамика может быть использована для катализаторов кипящего слоя. [c.136]

В ряде процессов, напр, каталитических в неподвижном слое дисперсного катализатора, важную роль играет интенсивность отвода (подвода) теплоты хим. превращения от внутр. участков слоя к его периферии, теплоотвода от слоя к теплообменной пов-сти реактора и Т. между фильтрующимися через слой потоком реагентов и пов-стью частиц. При незначит. скорости фильтрации коэффициенты эффективной (реальной) продольной и поперечной теплопроводности слоя X, приблизительно одинаковы. По мере увеличения скорости фильтрации сплошной фазы теплопроводность в направлении движения возрастает значительно быстрее и может превысить Х, в поперечном направлении в неск. раз. Значения Х3 находят опытным путем, как и коэф. теплоотдачи от всей массы слоя к теплообменным пов-стям (стенкам аппарата). Интенсивность межфазного Т. в неподвижном слое м.б. определена по соотношениям типа (10) с др. значениями коэффициентов. Аналогичные процессы Т. происходят в аппаратах с движухцимися слоями материалов, предназначенных для непрерывного контакта фильтрующегося потока с дисперсным материалом. [c.529]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология