Физическая полислойная адсорбция, однородная эквипотенциальная поверхность. Применяют для мелкопористых углей.
Лекция №6
Внешняя диффузия, коэффициент массопереноса. Внутренняя диффузия: Молекулярная, Кнудсеновская и Фольмеровская.
Влияние диффузии на скорость каталитических реакций. Оценка влияния диффузии, модуль Тиле, критерий Вайса- Прэтера и другие факторы.
Внешняя диффузия
Внешняя диффузия – это перенос реагента из объема потока к поверхности катализатора.
Массоперенос зависит от режима движения потока жидкости или газа, турбулентного или ламинарного:
Критерий Рейнольдса для потока в трубе
U – скорость м/сек
d - внутренний диаметр трубы, м
ρ - плотность потока кг/м3
27
μ - динамическая вязкость Па∙сек
Критерий Рейнольдса для потока в слое
сферических гранул катализатора.
RP – радиус гранулы катализатора м
G – поток среды кг/ (сек м2)
N = KD (P – PS) кг/ (сек м2) уравнение массопереноса.
N - поток вещества, переносимого внешней диффузией или массопереносом кг/(сек м2)
KD - коэффициент массопереноса сек/м
Р - парциальное давление субстрата в объеме потока Па
PS - парциальное давление субстрата у поверхности Па катализатора
KD - сложная функция критерия Рейнольдса и других критериев подобия, определяется экспериментально.
Внутренняя диффузия: Молекулярная, Кнудсеновская и
Фольмеровская.
Внутренняя диффузия – перенос вещества от внешней поверхности гранулы катализатора к поверхности пор, образующих внутреннюю структуру гранулы катализатора.
Молекулярная диффузия
первый закон Фика.
Для идеального газа: DM = 1/3 (Uλ)
U - средняя скорость молекул
28
λ - длина пробега молекул газа
Для пористой структуры: DЭФФ = (DMέ)/ξ
έ - пористость
ξ – фактор кривизны
Кнудсеновская диффузия
При низком давлении и узких порах длина пробега больше диаметра пор, перенос реагента путем рикошетирования молекул от стенок поры, вместо длины пробега – диаметр поры.
DК = 1/3 (Udk)коэффициент кнудсеновской диффузии
dk диаметр поры.
Фольмеровская диффузия
При низком давлении, сильной адсорбции реагента стенками поры перемещение реагента происходит путем диффузии по поверхности поры в сторону меньших концентраций.
DS – коэффициент поверхностной диффузии
SP - боковая поверхность поры
29
L - длина поры
C1.S - концентрация реагента в сечении 1-1
C2.S - концентрация реагента в сечении 2-2
Влияние диффузии на скорость каталитических реакций. Оценка влияния диффузии, модуль Тиле, критерий Вайса- Прэтера и другие факторы.
ή – относительная глубина проникновения реагента
ή ≈ 1/ФS
ФS – число Тиле для сферических зерен катализатора
RP – радиус гранулы катализатора
n - порядок реакции
CS - концентрация реагента на поверхности зерна катализатора
kV - скорость реакции, отнесенная к объему катализатора
DЭФФ – эффективный коэффициент диффузии
rv = кvС nή
rv = кvС n(ФS)-1
30
Выводы:
1. Диффузия влияет, если с уменьшением размера зерна возрастает скорость реакции.
2. Диффузия влияет, если с изменением условий реакции изменяется порядок реакции или энергия активации.
3. Диффузия влияет, если:
ФS ≥ 0.3 при n = 2
ФS ≥ 1 при n = 1
ФS ≥ 6 при n = 0
Три условия - критерий Вайса – Прэтера
4. Диффузия влияет, если прессование гранул уменьшает скорость реакции (Кнудсеновская диффузия)
Лекция №7
Методы исследования кинетики каталитических реакций. Интегральные реакторы, статический, идеального смешения и проточный. Безградиентные реакторы. Импульсный реактор. Реактор с единичным зерном катализатора. Реактор с виброкипящим слоем. Газожидкостный реактор.
Интегральные реакторы
31
Измеряется
где τ - конечное время
Статический реактор
1- реактор
2- циркуляционный насос, уменьшающий диффузионное торможение
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.