Моделирование каталитических процессов. Кузнецов В.А. - 13 стр.

                                         13



н ом реж име температу ры бу ду т достаточн о вы сок ими для обеспечен ия
требу емой ск орости химическ ого превращен ия в одн ом адиабатическ ом
слое к атализатора без соору ж ен ия промеж у точн ы х теплообмен н ы х у ст-
рой ств.

С остав ление и анализ м атем атическогооп исания п роцесса, п ро-
текаю щ егона п ористом зерне катализатора
   Больш ин ство промы ш лен н ы х к атализаторов состоит из пористы х зерен
сразвитой вн у трен н ей поверхн остью , площадь к оторой обы чн о в десятк и
ты сяч раз превы ш ает площадь их вн еш н ей поверхн ости, н епосредствен н о
омы ваемой газовы м поток ом. Реак ция протекает вн у три зерн а к атализато-
ра, к у да исходн оевещество перен осится благодаря диф ф у зии. Н аличиев
реальн ом зерн ек атализатора ш ирок их тран спортн ы х макропор и мн ож ест-
ва отходящих от н их тон к их к апилляров обу словливает различн ы й меха-
н изм диф ф у зии в мак ропорах и к апиллярах. В мак ропорах происходит
молек у лярн ая диф ф у зия, харак теризу ю щаяся к оэ ф ф ициен том молек у ляр-
н ой диф ф у зии. В тон к их капиллярах коэ ф ф ициен тдиф ф у зии сн иж ается из-
за столк н овен ия молек у л со стен ками пор и измен яется прямо пропорцио-
н альн о диаметру к апилляров (кн у дсен овск ая диф ф у зия). С к орость диф ф у -
зии веществ вн у три зерн а катализатораприн ято характеризовать э ф ф ектив-
н ы м к оэ ф ф ициен том диф ф у зии D3, у читы ваю щим и броу н овск оедвиж ен ие,
и кн у дсен овск у ю диф ф у зию . Э ф ф ективн ы й коэ ф ф ициен т диф ф у зии, зави-
сящий от природы вещества и вн у трен н ей стру к ту ры зерн а к атализатора,
ан алитическ и предск азать н евозмож н о. Е го определяю т э ксперимен тальн о
или рассчиты ваю тприближ ен н ы ми методами.
   П ри исслед ован ии мак рок ин етик и химическ их реак ций в пористом
зерн ерассматривать процессв отдельн ой цилин дрическ ой порен ерацио-
н альн о. П оры реальн ой частички катализатора н еодин аковы по размерам и,
пересекаясь дру г с дру гом образу ю т запу тан н у ю сеть. П оэ тому пористое
зерн о следу ет рассматривать к ак к вазигомоген н у ю сред у . Т ак у ю модель
зерн а к атализатора прин ято н азы вать квазигом оген н ой . О н а осн ован а н а
представлен ии о том, что вн еш н ий газ прон ик ает вн у трь частичк и и взаи-
модей ству ет во всем ееобъ еме. С корость реак ции харак теризу ю т э ф ф ек -
тивн ой к ин етическ ой ф у н к цией W (С , Т ), вы раж аю щей зависимость ск о-
рости реак ции в един ицеобъ емапористого зерн ак атализатораотк он цен -
траций реаген тов и температу ры в дан н ой его точк е:
                                   W = Wf (С , Т) F,
гд еF — у д ельн ая ак тивн ая поверхн ость; W f — ск орость реак ции н а
ед ин ицеак тивн ой поверхн ости.
   Т ак им образом, в пористом зерн ек атализатора протек аю т два э лемен -
тарн ы х процесса: диф ф у зия веществ в порах зерн а и их химическ оепре-
вращен ие. Е сли для простоты прен ебречь гидродин амическ им поток ом,
возн ик аю щим вследствиеизмен ен ия объ ема реак цион н ой смеси, то для