ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Нестационарные модели с дезактивацией катализатора из "Моделирование каталитических процессов и реакторов" Дезактивация катализатора приводит к изменению во времени концентрации и температуры в каждой пространственной точке реактора. При быстрой основной реакции реактор работает в нестационарном режиме, причем образуется реакционная зона, перемещающаяся вдоль слоя катализатора. В зависимости от скорости движения дезактивированной части можно изменять во времени переменные соотношения реагентов и их концентраций, температуры входящих потоков и теплоносителя, времени контакта. В реальных условиях обратимое изменение состояния катализатора сопровождается необратимым [203]. [c.149] Общая модель процесса в неподвижном слое с переменной активностью катализатора описывается нестационарными уравнениями материального и теплового балансов с изменяющимися во времени параметрами скорости реакции. [c.150] Рассмотрим квазигомогенную одномерную модель с продольным переносом вещества и тепла. [c.150] Начальные условия (3.108) учитывают наличие аксиальных профилей активности и температуры в начале цикла. [c.150] Решение системы уравнений (3.105)-(3.109) возможно только численно. Для этого можно использовать разные методы в зависимости от конкретной задачи. В работе [204] был применен модифицированный метод Кранка-Никольсона с изменяющимся шагом. Возможно также использование метода коллокации или других методов [205]. [c.150] При медленной дезактивации можно принять, что концентрации и температура в газовой фазе устанавливаются быстро и существует квазистационарное состояние, при этом производными концентрации и температуры по времени в газовой фазе можно пренебречь. Если не учитывать также продольный перенос, уравнения (3.105)-(3.106) можно решать методом Рунге-Кутта [205]. [c.150] В случае очень быстрой дезактивации, когда ее скорость порядка скорости каталитической реакции, необходимо учитывать также изменения во времени концентрации и температуры в газовой фазе. На практике такие процессы встречаются редко. [c.151] В результате решения системы уравнений (3.105)-(3,109) получают осевые профили концентраций, температуры, активности катализатора и их изменение во времени. [c.151] Для данного режима управления продолжительность цикла определяется технологическими ограничениями, например достижением минимально допустимой активности или степени превращения. [c.151] Для одного цикла можно определить среднюю степень превращения, средний выход продукта на выходе из реактора, а также среднечасовую производительность и расход катализатора. [c.151] Модель можно использовать для изучения процессов в реакторе при изменении переменных и параметров, а также для оптимизации срока службы катализатора и продолжительности цикла посредством подбора режима оптимального управления процессом. [c.151] Рассмотрим изотермический процесс в реакторе и изменение во времени концентрации и активности. Кроме концентрационных профилей имеются также профили активности, форма которых зависит от механизма образования дезактивирующего компонента. [c.151] Дезактивация происходит вследствие образования кокса из исходного вещества А параллельно с основной реакцией. [c.151] Концентрация при последовательном с основной реакцией коксо-образованием из продукта реакции увеличивается по слою (рис. 3.37). Дезактивация наиболее активно будет происходить в конце слоя. [c.152] Расчет скорости движения фронта реакции аналогичен расчету выходной кривой адсорбции или ионного обмена. [c.153] В неизотермическом процессе кроме изменяющихся во времени профилей концентраций и активности возникает еще профиль температур, который может иметь максимум - горячую точку . По мере дезактивации горячая точка , во-первых, перемещается к выходу из слоя, во-вторых, температура в ней возрастает, так как на начальных дезактивированных участках реакция не протекает, однако реакционная смесь от катализатора нагревается и поступает на участок активного катализатора с большей концентрацией реагентов. [c.153] На основе квазигомогенной одномерной модели для квазистаци-онарного случая можно решить многие проблемы, имеющие большое промышленное значение. [c.153] Динамика режима адиабатического реактора и реактора с теплообменом при отравлении катализатора была исследована теоретически и экспериментально [206, 207]. При этом полагали, что катализатор дезактивируется ядом, содержащимся в реакционном потоке. Расчеты были проведены по динамической модели (уравнения (3.105)-(3.109)) с учетом продольной диффузии и теплопроводности. Кинетику реакции описывали выражением Лэнгмюра- Хиншельвуда. Были выделены три стадии процесса. Вследствие быстрого распространения яда потоком газа непосредственно после ввода яда быстро устанавливается квазистационарное состояние концентрационного профиля. Затем катализатор нагревается, и профили концентраций, активности и температуры изменяются более медленно. На этой стадии процесса температура в слое может превышать адиабатический разогрев в стационарном режиме. [c.153] Далее дезактивация протекает относительно медленно, профили активности, концентрации и температуры перемещаются вдоль слоя катализатора. [c.153] Вернуться к основной статье