ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исследование взаимосвязи между пористой структурой, производительностью и селективностью катализаторов из "Гетерогенный катализ физико-химические основы" Если направление X перпендикулярно внешней поверхности гранулы, то dl = dx и 5 = e/ . С учетом этих соотношений, преобразуем уравнение (VII.3) к виду = De/ )d /dX. [c.163] Для газов коэффициент диффузии в капилляре для i-ro реагента, согласно урав1 ению (III. 15), должен вычисляться по формуле D = Z i/[l+(i)i/Z) J]. [c.163] Если мерой извилистости пор выбрать угол 0, а коэффициент извилистости определить отношением р = ( os 0) то вычисляя с помощью функции /(ф) среднее значение 0, толучим 0 = 45°. Коэффициент извилистости будет равен p = V2 Это значение для коэффициента извилистости было предложено Уиллером. [c.164] Нередко при интерпретации экспериментальных данных по диффузии КДП используется как эмпирический коэффициент. Были попытки установить влияние пористой структуры катализатора на КДП экспериментальным путем, с помощью корреляционных уравнений. Для ряда катализаторов было получено уравнение вида Я == е/(а- -Ье) [18]. Такие зависимости носят частный характер. [c.166] Таким образом, существующие теоретические представления позволяют получить приближенные оценки для эффективных коэффициентов диффузии. Для этой цели можно использовать приведенные оценки средних Я и Якн. Для получения более точных результатов КДП необходимо определить экспериментально, например зависимость диффузионных токов от давления при бинарной диффузии газов в катализаторе. По этим данным методом наименьших квадратов можно вычислить коэффициенты Ям и Якн. Могут быть использованы также нестационарные методы измерения диффузии и кинетический метод, заключающийся в измерении скорости гетерогенно-каталитической реакции во внутридиффузионном режиме. [c.166] Определение оптимальных параметров пористой структуры и размера гранулы катализатора является частью общей задачи оптимизации химического реактора. Однако рассмотрение методов расчета и оптимизации реакторов выходит за рамки книги. Поэтому данные, касающиеся влияния структуры катализатора на эффективность процесса в реакторе, будут использованы в иллюстративных целях. В качестве критерия эффективности катализатора будет использоваться в основном только его объемная производительность. [c.166] Даже для одномаршрутной мономолекулярной реакции наблюдаемая скорость реакции является сложной функцией параметров пористой структуры. Поэтому аналитические методы даже в этом простейшем случае оказываются бесполезными. Поставленную задачу приходится решать численно, используя поисковые методы определения экстремальных значений функций. С практической точки зрения, может оказаться полезным вычисление общей зависимости производительности и селективности катализатора от параметров пористой структуры, так как могут возникнуть трудности с изготовлением катализатора с оптимальной пористой структурой. В этом случае результаты расчета позволят выбрать структуру, близкую к оптимальной. [c.167] Для определения оптимальных параметров пористой структуры можно предложить следующую последовательность расчетов. Целесообразно начинать расчеты, ориентируясь на бидисперсную структуру. Если расчеты имеют предварительный характер, то их можно выполнить безотносительно к технологии изготовления катализатора. Если при расчете ориентироваться на определенную технологию формирования гранул, то необходимо учитывать взаимосвязь между пористостью и средним радиусом пор, образующихся при формировании гранул. Пористость и средний радиус пор первичной структуры будут определяться технологией приготовления порошка, исходного для формирования гранул. Параметром оптимизации пористой структуры будет относительная пористость X. [c.167] Для катализатора с монодисперсной структурой расчет целесообразно проводить лишь в том случае, если известна взаимосвязь между средним радиусом пор и пористостью, образующихся при изготовлении катализатора. Параметром оптимизации будет пористость катализатора. Проиллюстрируем сказанное примерами. [c.167] Пояснения даны в тексте. [c.170] Наблюдаемая скорость реакции метанола и образования формальдегида вычислялись посредством численного решения системы уравнений (VII. 6). Некоторые результаты расчета приведены на рис. VII. 7—VII. 9. Наибольшая селективность процесса = 0,97 при степени превращения метанола ti = 0,99 % достигается на монодисперсном катализаторе. Объемная производительность монодисперсного катализатора при увеличении среднего радиуса пор более 100 нм резко уменьшается, что приводит к резкому возрастанию условного времени контакта, необходимого для достижения заданной степени превращения метанола. Производительность бидисперсного катализатора по превращению метанола может в несколько раз превышать производительность монодисперсного катализатора. Однако по селективности бидисперсный катализатор уступает мо-нодисперсному (рис. VII. 9). Максимальная селективность процесса на бидисперсном катализаторе не превышала 94 %. Фактор эффективности катализатора для первой реакции изменялся в пределах 0,2—0,8. Для этого процесса выбор оптимальной структуры катализатора диктуется требованиями, предъявляемыми к формаль.цегиду (остаточное содержание метанола в реакционной смеси) и экономическими факторами. [c.170] Средний радиус узких пор 20 нм (2) и 30 нм (3) значение и соответствует максимальной производительности катализаторов по метанолу. [c.171] Зависимость условного времени контакта t от среднего ра ,иуса пор моноднс-персного катализатора (/) и среднего радиуса широких пор бидисперсного катализатора (2) Средний радиус узких пор 30 нм значение н соответствует максимальной производительности катализаторов по метанолу. [c.171] Ёания пористой структуры катализаторов и связанный с этим приближенный характер расчетных результатов, данные, полученные с помощью математического моделирования гетерогенно-каталитических реакций, могут оказать существенную помощь при планировании экспериментальных работ, связанных с созданием эффективных катализаторов. [c.172] Вернуться к основной статье