Вопрос №28

Вопрос №28: Гетерогенно-каталитический процесс на пористом зерне катализатора. Наблюдаемая скорость процесса. Модуль Зельдовича-Тиле. Степень использования внутренней поверхности катализатора. Режимы протекания процесса. Влияние температуры и размера зерна катализатора на наблюдаемую скорость процесса и степень использования внутренней поверхности катализатора.

Гетерогенно-каталитический процесс на пористом зерне катализатора

Сначала реагенты диффундируют из газового объема через пограничный слой к наружной поверхности частицы катализатора (этап 1), затем проникают в его поры (этап 2), при движении в которых на их поверхности протекает реакция (этап 3). Продукты удаляются обратным путем.

П ористую структуру характеризуют следующими параметрами:

Sуд - удельная внутренняя поверхность; принимает значение от единицы до сотен квадратных метров в одном кубическом сантиметре зерна катализатора;

ε — породность, т.е. свободный объем пор (в долях от общею объема зерна катализатора), обычно значение составляет 0,1—0,5;

rп - средний радиус пор; его значения находятся в интервале 10^6-10^9

К построению модели процесса в нем возможен статистический подход. В этом случае пористое зерно катализатора, являющееся неоднородной гетерогенной системой, представляют как однородную сплошную среду, а перенос компонентов в нем результат диффузии с эффективным коэффициентом Dэф. Реакция протекает во всем объеме. Скорость превращения в такой однородной среде W. Действительная скорость превращения на поверхности пор Wуд (отнесена к единице поверхности) и связана с W соотношением:

Dэф - характеризует перенос компонентов через всю среду. В действительности же диффузия протекает только в свободном объеме зерна в норах среднего радиуса rп и коэффициентом диффузии в порах такого размера — такой же, как в капилляре —Dr.

Перенос вещества в порах осложнен рядом факторов: извилистостью пор, их пересечением и разветвлением, изменением площади сечения по длине, поэтому для связи Dэф и Dr вводится эмпирический коэффициент проницаемости П:

Значения коэффициента проницаемости лежат в сравнительно узком интервале: П = 0,1—0,2.

М одуль Зельдовича-Тиле

Н аблюдаемая скорость процесса и Степень использования внутренней поверхности катализатора

Р ежимы протекания процесса

Влияние температуры и размера зерна катализатора на наблюдаемую скорость

п роцесса и степень использования внутренней поверхности катализатора

С увеличением температуры наблюдаемая константа скорости реакции будет возрастать и наблюдаемая скорость реакции и степень использования внутренней поверхности катализатора будут уменьшаться.