Макрокинетика гетерогенных каталитических реакций Устойчивость экзотермических реакций Выбор

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Химико-технологический факультет

Процессы и аппараты химических производств

Кафедра химической технологии топлива

" Макрокинетика гетерогенных каталитических реакций. Устойчивость экзотермических реакций. Выбор типа реактора и условий реализации промышленного процесса"

Реферат по дисциплине "Дополнительные главы физической химии".

Исполнитель:

маг. гр.5М550 Афанасьева Ю.И.

Руководитель:

АссистентЧеканцев Н.В.

Томск - 2010

Содержание

Макрокинетика гетерогенных каталитических реакций

Массоперенос и теплопередача в порах

Внешняя массо- и теплопередача

Устойчивость экзотермических реакций

Выбор типа реакции и условий реализации промышленного процесса. Оптимальный температурный профиль

Оптимизация стадийных c хем

Список используемой литературы

Макрокинетика гетерогенных каталитических реакций

Реальные кинетические закономерности каталитического процесса определяются как истинной кинетикой реакции на активной поверхности, так и условиями массопереноса и теплопереноса; их изучение составляет предмет макрокинетики химических процессов.

Массоперенос и теплопередача в порах

Важное значение имеет перенос вещества и тепла внутри пористой частицы катализатора.

Перенос вещества в порах осуществляется исключительно путем молекулярной диффузии.

Если диаметр поры значительно превышает среднюю длину свободного пробега молекулы, то диффузия в порах протекает так же, как в объеме неподвижной жидкости или газа. В этом случае скорость переноса вещества вдоль поры определяется законом Фика.

Движущей силой диффузии является градиент концентрации диффундирующего вещества С вдоль направления поры X , а поток вещества направлен в сторону уменьшения концентрации.

Средняя скорость движения молекул зависит от температуры газа и в равновесном газе определяется законом Максвелла:

где k - константа Больцмана; Т - абсолютная температура; т - масса молекулы. Коэффициент молекулярной диффузии в газах может быть определен:

Величина D _м возрастает с повышением температуры, чем больше масса и диаметр молекулы, тем труднее, она диффундирует. Определение коэффициентов молекулярной диффузии в многокомпонентных смесях представляет собой чрезвычайно сложную задачу. При расчете химических процессов зависимостью коэффициентов диффузии от состава газовой смеси и температуры можно пренебречь.

В жидкостях величины коэффициентов молекулярной диффузии на несколько порядков ниже, чем в газах. Медленность молекулярной диффузии в жидкостях сильно ограничивает возможность применения пористых катализаторов для проведения жидкофазных реакций.

При уменьшении диаметра пор столкновения молекул со стенками поры начинают играть все большую роль в процессе молекулярной диффузии.

Когда диаметр поры намного меньше, чем средняя длина свободного пробега, коэффициент диффузии будет пропорционален уже не средней длине свободного пробега, а диаметру поры d _П :

Эту область (λ " d _п ) называют кнудсеновской, а величину D _кн - кнудсеновским коэффициентом диффузии.

При фиксированном диаметре поры переход в кнудсеновскую область диффузии происходит при уменьшении давления; он является плавным, поэтому в довольно широком интервале давлений для определения коэффициента диффузии пользуются различными приближенными переходными формулами, например, формулой гармонического среднего:

При исследовании макрокинетики химических реакций в пористом зерне нерационально рассматривать процесс в отдельной поре. Поры реальной частицы катализатора неодинаковы по размеру и образуют запутанную сеть. Поэтому пористое зерно рационально рассматривать как квазигомогенную среду, характеризуя скорость диффузии реагентов эффективным коэффициентом диффузии D , а скорость химической реакции - эффективной кинетической функцией r (С, Т).

Эффективный коэффициент диффузии D < D _м коэффициента молекулярной диффузии . Это объясняется, тем, что в пористом зерне доступно для диффузии не все сечение, а лишь часть, занятая порами, равная доле свободного объема и удлинением пути диффузии в извилистых порах. В общем случае эффективный коэффициент диффузии можно представить в виде:

D = а D _м

где а - множитель, зависящий от структуры зерна, определяемый экспериментально.

В кнудсеновской области а падает с уменьшением размера пор. При определенных условиях в мелких порах проявляется, однако, дополнительный механизм переноса вещества за счет поверхностной диффузии молекул, адсорбированных на стенках пор. Этот эффект, в принципе, может приводить к величинам а , превышающим единицу.

Существенное влияние на величину D в катализаторах, содержащих узкие поры, оказывает распределение пор по размерам. При резко неоднородном распределении размеров пор само п

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать