ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Обмен между газовым потоком и внешней поверхностью зерен катализатора из "Катализ в производстве серной кислоты" В производственных условиях окисление двуокиси серы обычно осуществляют, пропуская поток газа через слой катализатора состоящий из пористых зерен с развитой внутренней поверхностью. В этом случае надо учитывать два типа процессов переноса 1) обмен между газовым потоком и внешней поверхностью зерен катализатора и 2) перенос вещества и тепла внутри зерен катализатора. [c.67] Процессы обмена между газовым потоком и внешней поверхностью зерен катализатора обусловливаютсл как диффузией (теплопроводностью), так и конвекцией. Поэтому скорость этих процессов сильно зависит от характера движенья газового потока— от степени его турбулентности. При ламинарном потоке перенос осуществляется только путем диффузии. При турбулентном движении газа, благодаря конвекционному перемешиванию во внутренней части потока, диффузионный перенос преобладает лишь в сравнительно тонкой пленке газа непосредственно у поверхности зерен. [c.67] При движении по полым трубам критическое значение соответствующее изменению характера движения, лежит вблизи 2300 (при больших значениях Яе устойчиво турбулентное движение, при меньших—ламинарное). При движении же через слой зернистого материала, вследствие резких изменений направления и скорости газа, критическое значение Яе много ниже. Кроме того, переход ламинарного движения в турбулентное для насадок проявляется не так резко, как в случае полых труб, а происходит в сравнительно широком интервале значений / е (от 40 до 200). [c.68] При протекании контактных реакций реагирующие вещества из газового потока перемещаются к внешней поверхности зерен катализатора, а продукты реакции—в обратном направлении. Соответственно этому у поверхности зерен катализатора концентрация реагирующих веществ ниже, чем в газовом потоке, а продуктов реакц -1и—выше. Зная эти изменения концентраций и кинетическое уравнение реакции, можно рассчитать уменьшение скорости реакции, вызванное тормозящим влиянием этапов переноса реагирующих веществ к поверхности катализатора. Практически нет необходимости вычислять изменение концентраций всех участников реаьцчи. Можно ограничиться компонентами, входящими в кинетическое уравнение, концентрации которых изменяются наиболее значительно. [c.68] С/ и —концентрация компонента / в турбулентной части газового потока и у поверхности зерен катализатора, кг-мол1м . [c.68] Уд в —молекулярные объемы и —молекулярные веса газов. [c.69] Для подобных систем уравнения (1,50) должны быть тож- дественными. Условием тождественности этих уравнений является равенство безразмерных групп Приняв в качестве определяющего размера приведенный диаметр зерна с1д, получим критерий содержащий интересующий нас коэффициент массопередачи, аналогичный критерию Нуссельта в теплопередаче. [c.69] Вид этой функциональной зависимости может быть установлен на основе экспериментального определения коэффициента массопередачи. [c.69] Относя количество реагирующего вещества к единице внешней поверхности зерен катализатора, можно с помощью уравнения (I, 52) рассчитать разность концентраций реагирующих веществ в турбулентном ядре газового потока и на поверхности и отсюда вычислить уменьшение общей скорости реакции, вызываемое процессами переноса. [c.70] С помощью этого уравнения можно оценить порядок значений скорости реакции, при которых начинает сказываться влияние диффузии газа к внешней поверхности зерен. [c.70] В производственных контактных аппаратах окисление двуокиси серы обычно производится при е 200 и порядка 1. [c.70] Для наиболее распространенных условий ( /о=0,005лс, 0=0,17 - 1 час, с,-=0,001 кг-мол/м ) это значение параметра отвечает скорости реакции порядка 0,7 кг-мол м -час. Если скорость реакции значительно превышает эту величину, то концентргция реагирующего вещества у поверхности сильно отличается от концентрации в объеме и близка к равновесному значению в данных условиях. В этой области, называемой областью внешней диффузии, суммарная скорость процесса будет определяться скоростью переноса. [c.71] Соответственно этому зависимость скорости реакции от концентрации исходных веществ для необратимых реакций ( =0) будет отвечать первому порядку при любой форме кинетического уравнения собственно химического превращения. Зависимость же скорости реакции от температуры будет определяться только изменением коэффициента массопередачи, что отвечает наблюдаемой энергии активации порядка ЮООЧ-ЗООО кал моль независимо от истинной энергии активации реакции. [c.71] Для области внешней диффузии характерно, кроме того, возрастание скорости процесса с увеличением линейной скорости газа и уменьшением приведенного диаметра зерен. [c.71] Вычисленная выше величина скорости контактного окисления двуокиси серы, при которой значительно сказывается влияние переноса к внешней поверхности зерен, справедлива лишь для значения критерия Рейнольдса 200, отвечающего производственным условиям. При лабораторных исследованиях каталитической активности линейные скорости газа значительно меньше, чем в производственных условиях. Соответственно уменьшаются значения критерия Рейнольдса, и лимитирующее влияние процессов переноса к внешней поверхности должно сказываться при величине скорости реакции, меньшей 0,7 кг-мол м час. [c.71] Совершенно аналогично перепаду концентраций может быть рассчитана разность температур поверхности катализатора и газового потока. [c.72] Су—объемная теплоемкость газа, ккал м -град. [c.72] Уравнения (I, 56 и 57) позволяют с достаточной точностью рассчитывать температуру поверхности катализатора при окислении двуокиси серы. В других случаях иногда необходимо учитывать влияние термодиффузии и гидродинамического потока к поверх-ности , возникающего в результате изменения объема при реакции и неравенства коэффициентов диффузии. [c.73] Вернуться к основной статье