Моделирование каталитических процессов. Кузнецов В.А. - 6 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

6
Адсорбция
В ходе гетерогенно-каталитического процесса определяющую роль иг-
рает стадия адсорбции реагентов на поверхности катализатора. Характер ад -
сорбции, как правило , в значительной степени влияет на вид кинетических
уравнений , необходимых для расчета каталитических реакторов.
При физической адсорбции, как правило, очень быстро устанавливается
равновесие между адсорбированными частицами, находящимися в гшазовой
фазе, т.е. равенство скоростей адсорбции и десорбции. Теплота физической
адсорбции невелика и составляет обычно 10-40 кДж /моль. Как правило , фи-
зическая адсорбция играет существенную роль при понижении температуры
газа ниже критической , т.е. когда газ находится в виде пара.
Хемосорбция может протекать при температуре выше и ниже критиче-
ской температуры адсорбента. Значения теплоты хемосорбции близки к зна-
чениям теплоты химических реакций . Хемосорбция протекает сравнительно
медленно, со скоростью , определяемой наличием активационного барьера.
Процесс хемосорбции может состоять из двух стадий : сначала протекает фи-
зическая адсорбция газа, а затем он вступает в медленную химическую реак -
цию с поверхностью твердого тела.
Проведение каталитических реакций в неподвижном слое катализа -
тора
Большинство каталитических процессов осуществляется в реакторах
с неподвижным слоем катализатора. Слой катализатора представляет со -
бой сложную гетерогенную систему , в которой неподвижные, беспоря-
дочно уложенные частички катализатора взаимодействуют с текущим че-
рез них потоком газа или жидкости . Химические процессы протекают на
развитой внутренней поверхности частичек катализатора и сопро -
вождаются процессами переноса вещества и теплоты . Среди процессов
переноса , происходящих в слое катализатора, можно выделить следую -
щие стадии: 1) перенос теплоты и вещества внутри зерна катализатора; 2)
перенос теплоты и вещества между наружной поверхностью зерен ка-
тализатора и потоком газа или жидкости ; 3) перенос теплоты и вещест -
ва по слою катализатора в радиальном и продольном направлениях; 4)
теплообмен через наружные поверхности аппарата.
Приведенный структурный анализ процессов, протекающих в реакторе
с неподвижным слоем катализатора, показывает , что реактор и реакци-
онный узел (агрегат) имеют многоступенчатую структуру . Ранее отмеча-
лось , что при изучении такого реактора целесообразно использовать сис-
темный подход , согласно которому математическую модель реактора
следует строить последовательно с учетом предварительно разрабо-
                                       6




                                    Адсорбция

     В ходегетероген н о-каталитического процесса определяю щу ю роль иг-
рает стадия адсорбции реаген тов н аповерхн ости катализатора. Характер ад-
сорбции, как правило, в зн ачительн ой степен и влияет н а вид кин етических
у равн ен ий, н еобходимы хдля расчетакаталитическихреакторов.
     П ри ф изической адсорбции, как правило, очен ь бы стро у стан авливается
равн овесиемеж ду адсорбирован н ы ми частицами, н аходящимися в гш азовой
ф азе, т.е. равен ство скоростей адсорбции и десорбции. Т еплота ф изической
адсорбции н евелика и составляет обы чн о 10-40 кД ж /моль. К ак правило, ф и-
зическая адсорбция играет су ществен н у ю роль при пон иж ен ии температу ры
газан иж екритической, т.е. когдагаз н аходится в видепара.
     Хемосорбция мож ет протекать при температу ревы ш еи н иж екритиче-
ской температу ры адсорбен та. Зн ачен ия теплоты хемосорбции близки к зн а-
чен иям теплоты химических реакций. Хемосорбция протекает сравн ительн о
медлен н о, со скоростью , определяемой н аличием активацион н ого барьера.
П роцессхемосорбции мож етсостоятьиз дву х стадий: сн ачалапротекаетф и-
зическая адсорбция газа, азатем он всту паетв медлен н у ю химическ у ю реак-
цию споверхн остью твердого тела.

П ров едение каталитическихреакций в неп одв иж ном слое катализа-
тора

   Б ольш ин ство к аталитическ их процессов осу ществляется в реак торах
сн еподвиж н ы м слоем к атализатора. С лой к атализатора пред ставляет со-
бой слож н у ю гетероген н у ю систему , в к оторой н еподвиж н ы е, беспоря-
дочн о у лож ен н ы ечастичк и к атализатора взаимодей ству ю т стек у щим че-
рез н их поток ом газа или ж идк ости. Химическ иепроцессы протек аю т н а
развитой вн у трен н ей поверхн ости частичек к атализатора и сопро-
вож даю тся процессами перен оса вещества и теплоты . С реди процессов
перен оса, происход ящих в слоек атализатора, мож н о вы делить следу ю -
щиестадии: 1) перен остеплоты и вещества вн у три зерн а к атализатора; 2)
перен остеплоты и вещества меж д у н ару ж н ой поверхн остью зерен к а-
тализатора и поток ом газа или ж идк ости; 3) перен остеплоты и вещест-
ва по слою к атализатора в радиальн ом и прод ольн ом н аправлен иях; 4)
теплообмен через н ару ж н ы еповерхн ости аппарата.
   П риведен н ы й стру к ту рн ы й ан ализ процессов, протек аю щих в реак торе
сн еподвиж н ы м слоем к атализатора, пок азы вает, что реак тор и реак ци-
он н ы й у зел (агрегат) имею т мн огосту пен чату ю стру к ту ру . Ран ееотмеча-
лось, что при изу чен ии так ого реак тора целесообразн о использовать сис-
темн ы й подход, согласн о к оторому математическ у ю модель реак тора
след у ет строить последовательн о с у четом предварительн о разрабо-

Страницы