Физико-химическая гидродинамика процессов на пористых гранулах катализатора тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

государственный комитет российской федерации

по высшему образованию

Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова 1

РГБ ОД

•• - ПЦТ -у-.-!- „

На правах рукописи

УДК 5П2Л: 511.121/128

АНДРЕЕВ Всеволод Владимирович

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДР ОД И Н АЛ1И КЛ ПРОЦЕССОВ НА ПОРИСТЫХ ГРАНУЛАХ КАТАЛИЗАТОРА

01.02.05. — Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Чебоксары —1031

Работа выполнена в Чувашском государственном университете им. И. Н. Ульянова.

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Кольцов Н. И.,

доктор физико-математических наук, профессор Бозяков В. И.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Спнвак С. П., кандидат физико-математических наук Порфнрьев Н. П.

Ведущая организация — Российский химико-технологический университет им. Д. П. Менделеева

.защита состоится „. 1994 г. час.

на заседаний специализированного совета К 064.15.02. в Чувашском государственном университете им. И. Н. Ульянова по адресу: 428015, г. Чебоксары, Московский проспект, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Чувашского государственного университета н\г. 11. Н. Ульянова.

Автореферат разослан . ^¿У' СЛ^О/^Х^ _ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук

Никитин В. В.

ОЩАЯ ХА?АКТЕРШГЛКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Необходимость исследования проблемы обте-• кания твердых тел потоком сплошной среда при одновременном протекании химических реакций но, их поверхности возникает во. многих областях соврема иней промышленности. Так.при производстве, многих веществ в химической промышленности использувтея пористые гранулы катализаторов. Для протекания каталитической реакции на них необходимо, чтобы исходные вещества достигли активной внутренней поверхности гранулы катализатора, а продукты реакции покинули ее* Характер этих процессов в значительной степени определяется гидродинамической обстановкой в окрухапдем гранулу пространстве. Современные темпы развития промышленности гребуог, наряду с резким сокращением сроков проведения научно-технических, экспериментов, также создания новых высокоинтенсивньх промышленных процессов« Разработка новых перспективных промиллеиных химических процессов неотделима от проблемы подбора эффективных' катализаторов, установления и анализг. оптимальных режимов их работы. Однако представления о процессах в гористых гранулах катализатора далеко еще не полны. Это связано со сложностью анализа математической модели каталитических процессов вследствие ее нелинейности. Подбор катализатора для конкретного процесса поэтому все еде 2 значитеяьной степени осуществляется эмпирически,а не на основз строгой теории. В связи с этик иссяедовтниз пробломы поЕыпения эффективности пористой гранулы катализатора является актуальным и предегавдяег, интерес как с теоретической,гак и с практической точек зрения.

Цель работы. Исследование елипния xepaLsrepa массоперексеа между внутренней активной поверхностью пористой гранулы катализа- , тора и внеаним потоком реакционной смеси с учетом неоднородности", распределения температура в грануле различной геометрической.формы на эффективность пористой гранула катализатора. Рассмотрены, гранулы сферической, цИяиндричес.кой и пластинчато» фор».

Научная новизна. Доказано,что прй протекании химических ра-. акияй с произвольной кинетикой на пористых гранулах; кагаяизотера увеличение интенсивности массосбмеаа по. L-му земству иая: интенсивности теплообмена «гаду внеиним штоком- реакционной. caeca si пористой гракумй не всегда' приз од wt к впзрзстанис з^екгюносга ; . катализатора. Для произвольных Хйтзпчтичссхих. проиесгсв- поаумоны , условия* при выполнении которых повквеаие »ша уаеньаеиче кптев-j. >.'; сивиост» нассо-- или тчпзо'ббмека веа&у- грану лая a • сбгекашшш se , . ..

турбулентным потоком рзакционнэй таеси'приводит к росту эффективности катализатора. Найдены соотношения, при Справедливости которых фактор эффективности пористой гранулы катализатора ¡:ожет превысить единицу. Для простых и последовательно-параллельных каталитических процессов со степенной кинетикой, протекающих на изотермических Пористых гранулах, получены аналитические решения дяя эычисйения фактора эффективности с учетом сопротивления мас-сообнену макду гранулой и.реаедионным потоком. Получена необходимые условия возникновения "мзртзой зоны" в центральной части пористой гранулы катализатора при протекании «а ней произвольной химической реакции с любой кинет и ко к. Под "мертвей зоной" по одному кs реагентов понимается, центральная область пористой грену- ■ ды, где концентрация данного вещества розна нулю.

Для простых и последовательно—пзраляеяьных- процессов со степенной, кинетикой найдены точные решения, позвопязяие исследовать влияние гидродинамической обстановки на критический размер пористой гранулы катализатора, при превышении которого образуется "мертвая зона".

Достоверность. .Достоверность пэлучгн них ..результатов подтверждается сравнением с известными аналитическими и-численными решениями .подученным и другими авторами.

Практическая Ценность. Разработанные. методы и алгоритмы доведены до уровня, .поьвойяицего использовать их .при анализе резяь-ных каталитических процессов на пористых гранулах. /?о лученные ре-зуяьгаты позволяет сократить количество дорогостоящих экспериментов по подбору ойтгатпьаого катализатора для конкретных прокышт .. ленных Еаталкгических процессов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доквадываяись на IX Всесоюзной кондерешии "Химическая информатика" («|ерногояовка,1992), на Всесоюзной, конференции "Химреактор-П" (Харьков, 1992), ка УШ конференции СНГ "Качественная теория дифференциальных уравнений" (Самарканд,1952), ка X международной ■ симпозцуие по горенив и взрыву (ЧерноголовкаД992),«а X юучвок

конференции '.'Планирование и автоматизация-эксперимента з научных^ . исследовакиях" (toeква,1992),. на конференции "Высшая,якола - на.. родному sosaitcTBy Нуваггии" (Чебоксары, 1992), ка II международном , • конгрессе -"Oheaicai Sngine&rlug, Chrasical ■Equipment Design &nd Au- ;

^-•^^¿i^^ina^wu^o^trw» диссертации «пубайКОЕвад б. статей и $

•■(■-л.-.том .мтеягнвролянх)..•

Структура и объем раоот:'. Диссертация состоит из введения, трех глаз» вкводов 1» списка литературы. Общий объем работи 10Э страниц. Количество рисунков - 9. Список литературы насчитывает 102 наименования.

шшлние ракш ♦

Во введении odocHcaat«» актуальность темы диссертации.

Гл~ва I. В главе анализируется современное состойние исследований проблемы нассо- и теплопередачи между пористой гранулой катализатора и обтекающим ее потоком реакционноГ. смеси. Так, вопросы массо- и теплопередачи от ламинарного или турбулентного потока реакционной смеси к поверхности кепористого твердого тела различной геометрической форны при протекании химической реакции на поверхности рассматривались В.Г.Лезич^. В скучее пористой гранулы катализатора анализ, проблема з основном проводился з предположения отсутствия сопротивления массо- и теплообмену между гранулой и пото/ом; реакцигчной смеск (a -Aris,М.Й.?емкин).

В этой яе главе данл постановка прощаемы. Сформулированы цель диссертации и основние положения, выносимые на эациту.

Глава ? .Физико-химическая гидродинамика и процесса на. перистых гренулах катализатора: качественный подход.

В §2.1 исследуется массо- и теплопередача от турсу-еьтмог-} потока несжимаемой реакционной смеси к внешней поверхности пористой гранулы катализатора сферической, "ияиидрическо.й и пластинчатой форм. При этом весь погок по характеру распределения скоростей разделен: I) зязкиЯ подслеЯу 1*дв а основном почтя поднсс-гья сосредоточены трениз и сопро?%й»е?гие массо- и теплопередаче; 2) турбулентный пограничный слой, в котором преобладает турбузец-тннй механизм: переноса.вещества и тепла над молекулярным; 3) область ядра турбулентного потока. Согласно гипотезе, высказанной Л.Д.Ландау и В.Г.Яевич. в вязком подезгое турбулентное движение затухает по закону . .Г

ACV=A.V^-., ; " (I)/

гдe*A,-C0nst ; ; - касательное напряжение,

двйстгугаее на поверхность твердого reía со стороны поггока; J> -

^ Дкеич ВЛФкзико-химичесхай гидродинамика.К. :'£к?.аатгкэЛ553.

ТОО С.

плотность потока, V- кинематическая вязкость; Яп -расстоя-

ние от внешней лонерхнсети rpatiysuj Rn- радиус гранулы катавиза-тора. Предполагается, что распределения з погрпкичкон слое усредненной скорости г температуры и концентраций зещестз, участвующих в химических превращениях на пористой грануле катализатора, яьл.г-втся симметричными и зависят только от расстояния до ее внешней . поверхности £ . Реакционная смесь, как целог, в порах гранулы является неподвижной. В эток случае можно пренебречь злйяняем пор на свойства пограничного слоя, где эффективный коэффициент теплопроводности (й ) к эффективные.коэффициенты диффузии всех веще*.-б (Ь = V.., J П ) предполагаются постоянными.

На основе сделанных предположений получены соотношений, позволяющие, вычислить коэффициенты кессопередачи по I-му 'зеиеству (ßl J i-'/ ) и теплопередачи ißj) от турбулентного потока реакционной смеси к внешней поверхности пористой гранулы катализатора. Также найдены сценки, при заполнении которых какно пренебречь навичиек сопротивления насос-и теплопередаче s пограничном слое.

8 §2.2 для анализа созкесгаого протекания на пористых гранулах катализатора сферической, цилиндрической й пластинчатой форм реакций гида

- <>~¿>[ A р-ЧоК <2)

-1=1 . .

р ?

( a¿ - стехиоаетрические коэффициенты, &i> 0 пи я продуктов реакций и a¿< о ляп исходных гещестз; 'Aj. - вещества, участ^увцие в. : реакциях (2); р - маршрут, реакции) с произвольной кинетикой и диффузии реагентов в ncvax использована кгазигомогеиная мо-деяь . Дпкн&я ыодели при величии сопротивления вкеснеиу wac-o-и теплообмену с потоком реакционной смеси запишется:

a* d> p-i

с. гракичкынк условиями

'■■-'. ■ ■■ . а : ' . •• " .■ ' • . / ■ •

2) : " : ~ •

. Arar. R. Иа-tbßBatical -sbeoiy of diífunios and rencsios ¿n r*rsa-• . able CüttJysts .Oxford j Ciar. I~ess. 1975. Y.I. 4-44p.

- 6

где X - приведенное текуцее пасстоякн» от Центра гранула катализатора радиуса Яп ; С^,- концентрации участвувщих з реакциях (2) веществ (t-4,. Я )îCn4f=Т - текущее значение темпера- -• туры з грануле хагадизатора; C0j и Cnj, - значения концентраций веаеств'з ядре (область,где концентрации постоянные) потока реакционной смзса и У. внешней поверхности титулы катализатора соответственно ^ I = ... ); Смц=Т0 и СПЙ4{=ТП - температура в :дре потока и m внешней поверхности гранулы катализатора; Га -скорост*. р-й ptjKUHH, рассчитанная на единицу объема гранулы' катализатора, которая является функцией концентраций участвующих в реакциях (2) веществ и температуры; 2)*- эффективный коэффициент диффузии 1-го зецества в порах (.1-1,. . . tTl ); J)*+<= -эффективный коэффициент теплопроводности гранулы катализатора; JB^ и jSmh'^t " коэффициенты массообмена и теплооб-

мена между погохсм и внеяней поверхность» гранулы каталазааора соответственно; d?- тепловой оффект р-н реакции; d - па-

раметр. определяющийся формой гранулы катализатора (d-Q~ ялас-тинчг» лд,(* = 1- - ципиндрическая,с1С=>. - сферическая}.

3 §2.2 получено приближенное решение модзли СЗ) и а виде ряда по степеням радиуса Rn пористой нгизотермичесхой гранулы катализатора разяичноЯ. геомзтраческой форма с учетом сопротивления з пограничном слое массо- и теплообмену мекду гранулой и потоком реаяшснноЯ спеси. На основе полученных результатов показано, что увеличение интенсивности массообмена по Z -му 5г-ясстзу или интенсивности теплообмена меаду порнотей гра-

куиоа катализатора и реакционным потоком'призодит к позыагниа эффективности пористого катализатора, если выполнено условие

¿1 « к , „ I <Я

гда Ï0?-?p(CsiJ. . Cûrtr1*) ; Гпр-Г? , . . • . ;

С„с-Се£, — Ml j î - « .jf» + f ♦ ^оя« ка напористой грануле хат^лизагора протекает единственная реэкиа:; та уозовке,

гнадогичяое (5), имеет вид: ' . ,

* /&?*Гср<О~ :

Г-^ I - ' v^ »'

rr "

— Î'

В ВТОМ *е параграфе на основе погученнах результатов проанализи- . рована влияние гидродинамической обстановки в о.крркаищем гранулу пространстве и других физико-химических параметров на особенности прогекакия простых *

и последовагельнот-пераялеяькых * '

Ат^Аг-^Аз се

! Т ■

процессов со степенной кинетикой

»-ь/сят) Л'ЬЯт '

, С5>

где - коястантн скоростей реакций С^«¿»Ст^ь:);

£¿ - онергии актива- дй; £ - порядки реакций; Я- универсаль-. ная газовая постоянная. . "

В §2.3 исследовано влияние гидродинамической обстановки в окружающем гранулу катализатора пространстве на глуоину проникновения реагентов в ее поры. При.совместной, протекании на пористых грацувох катализатора сферической, цилиндрической и паастин-чатой форм реакций вида (2) с произвольной кинетикой и ди&Фуаии реагентов в порах найдена необходимые условия возникновения "мертвой зоны™ по с -му веществу в Центральной части гранула. В частности,если скорости реакций ГР являртся непрерывными функциями температуры Т »то данные условия записывается в гиде

^/Ктъй^ки^.^ф-ж, ао)

(II)

где С^ - С РазмеР "мертвой'зоны" по ¿-му векест-

V При протекании каталитических процессов типа (7) и (8) на

изотерических пористых гранулах с кинетикой (9) найдены точные аналитйчеокке ревения, позволяющие определись криглческий рзз-■ вер гр^нугы, при котором зарсзкдается "мертвая зона" по исходно-; ку ьешеству прк любых л дая простых резки¡й к пряе1^0 дпя -последозатеаь'ио-параялеяьйкх реекиг^. В последнем случае при

' - в -

с*»"'.' и d — Л полужены приближенные оцекхя для определения сазнера гран-.tu, прк когором возникает "лертвая зона". Показано, что-для агях процессов с уненьаением'интенсивности внешнего кас-сооб,4ека меч;ду гранулой и потоком реашкйнсм смеси по веществу Af , "мертвая зона" по итйну реагенту возникает при мсньиих радиусах Р.„ гргкуаы.

Б роамдйзирй'вв'но на основе пчаучзнних точных реше!-' :й

модели дая реакций *7),(6), а тагасе обратной реакции

А дай А, (12)

rí

с кинетикой зада (9), прочгекапакх на изотермических пористых гранулах катализатора различных геометрических форм, влляние гидродинамической обстановки го' внешнем пространстве на эффективность катализатора. Величинами, характеризующими интенсивность протекания катаяятического процесса на пористой грануле хаталйзатсра являются фахтор эффективности « селективность. Фактор з^/рективкссти пористой гранулы катализатора по L-чу згг^естзу при прегзканш'. на ее внутренней поверхности реакций (2) опреде- ■ лптся как отношение, скорое ¿и накопления (расходования) данного зецестла пр.-неоднородна распределениях концентраций реагентов и температуры по гя'убикв гранулы s скорости накоппен/я (расходован.; ч),которая база бы в случае постоянных значений концентрации и температура по глубине, разках соотгетстзенро

и.Т«х)= Ta-, . к р "

^Ut,..,n. ш>

Сидусг огмг?ить,что для едкястсвнисй- реапши (K-í } ,i дг'д сбра-TittQii реа.чцяк типа (12) Фактор:» объективности пл э;ем аезфстэзм одинаковы CesoKKiSHoc-a. реакции по. j «иу

продукту'.го стнсзг'ниа к L-му неходкому земству представляет сс-бой огисшеняе сяоростп «ьклгаеийл j -го продукта рзакции з а~,о-рости расходован;::* ¿-го асзсодисга зеа^сгза и с учетом (12) может бить представлена а яиде

где Srt -сеяектненоегь,определяемая при й"ПУ-=Тв .

3 дяльчейа«м,тгоои не загромождать текст, .as. жермян-ом "сслвлгив-üoctí." будем поякиатъ отноавчие (5

С уч(5том сопротизтечия мйсоиосилйу а. погранмноа езое найдены кеобходйлыз условия паевоеssia .единиц» взай'хйяам*- й

—' S» » . •' ■-.; - •• У ','. ' . • .v ■'■•

Íj H/S., )jL указанных каталитических процессов. .Для реак-

ции вида (7) данное условие •■•меег вид:

п<0. (15)

Есди ваполнеао условие (15), то в этом случае аограстание величины

I п 0+(«+З)/Б ,)! /$>•+1)(ос (1б)

ведет к повшсенив фактора эффективности. Коэффициенты В- (I »• =•1,.. определяется следующий образок:

h^AK/bl. т

При протекании на пористой грагуле катализатора простой обратимой реакции (12) с кинетике; (9) фактор эффективности может превысить единицу, если

»0 -ш№со0 (is)

где £ ~ГоХ/Гы CP=C0{/C0A; , При этом вел па

^ в случае справедливости неравенства (16) возрастает с увеличением параметра

г=/поÍI9)

Для последовательно-параллельной реакции (6) с кикет-икой (?) •селективность по'продукту иоиег быть сольдо единицы, еезя

где ^Fci/fei / /Нн ' Салективйоагь при соблюде-

нии услсаия (20) во£»аае-ся с состоя величины

' Глаза-?. Интенсификация проаессоа на гористых гоеяулех угл if загори и вкиякке на нее. гидродинамической обстэис-зки в® гиевне« пространйвэе. .'.;-.- .'..-.'

■ 'В-53.Т иосжедозана вф$ек*адкоЬя> пористах-.гр«уа. катанка? sepa ó; учегои нх: нейгОгермичко'о?а и кблачкя сёпроуизлзнзд v '' пегр&нзчяом слое кассо- я.те*шн>€К8Еу между грану той и потоков •ргак«<ижнс2' сзйса;' ПсжроЗио прсййагзаарсваиа в акта гпирлкка-кячгсаоЕ сЗеггаазс« г акг/дг^ск г p»8j ;у прес?раьетге и других T«ajpa:<ST?ú3 да ирг-тег»:-:.;.? вггь-

:гт)

лктаческих процессов в яда (7).(6) и (12) с кинетикой типа (9). Проведенный днадиз позволил установить, как и в изотермическом сяу:а5, необходимые условия превышения единицы .факторов эффективное. .1 ияи сепектизносгья. Ддл простой необратимой реакции (7) ото уввовне -запишется э виде

где ^ -- С,,О.^У^Х/; = ''(¡П;) . при справедливости (22) фактор эбфектизн'сти повышается с возрастанием параметра

2| . саз)

Анализ Т1ХИЗ показал,что пористуя гранулу катализатора можно считать изотермичной с относительной погрешностью, не ¡трввываскей 10%, при ссйдвденкк условия

(2ч)

а случае Ч*-= |П(1 + С** В<)} ^ 0,?. и .

г случае ^ <0.1- Лял простой обратихой реакции (12) с кякзел-коЯ (9) условия, аналогичные (22)-(£5), имеют соответственно вид:

где ; = *Тв);

С2?)

. | .я Ог«'¿¿)(<4 С*+3>/в3)/{}- ом при ч-НяО +С* +з)/в,)+гл£д*/:,{(+>ол: (28)

! А7", +в)/5 ~Г)1 ^ с, м ««

при ¿.О.'л .

Б счучач г.»стен.пяия на порчегой гр&нуае 1 ,?е*азьтор& пссгедоьа-л-гвьно-парадледъчсиреахции (0) необходимое условие прьэиаекид

единицы сеязктнаностьг по ведзетву пкеет ви*

" и «

где йхг-й^/й} ; • Есен выполнено'условие ОС), тс

к росту с.екектиЕностк ведет увеличение перейе'гра

л*/((**№+$- с»)

Условием изотеркичностя па^истой гранулы катализатора лри этом гшпяегск (отностогвьаая погреьноеть не превнйвег *.0%):

»О+Р+ЩУ^ощ ■ ■ сэг)

при .

Сгедуе? огмегигь» что ь случее наругс-.шз условий (22),(26) «ли (30) с узед1. дсажем саотасусгаенно пираэдтрй. (С),(2?) или (31) происходит сняаений оедекгяхносгй пористой гранулу к?.тгяк~ затора. На рве. 1,2 " 3 Ь^едстаьяены соответстгенно гависш-:о?>т« фактора'аффективноети лтл реакций (7)„(12) и сеяектявяссти 5н/3п ъ ся>'чаг реакции (в) от параметре Хале ^ :

'Завискмосг«5,пркзедекны€ на этик 'рксунках.шкагьвгцл'.что 'лрв выаении некоторого значения параметра Та 35 ч~ зкготер.-.1!Чзс~ вкх реатдиЕ возкоано снижение ф&Егосг аффекгкгчсстя (кли селех-гизкости) с увеличением плраыетрсв Ън , Ъ,и кг я - дгя одних и тех же Ц» при спраэ^чаосги усяавлй (22),(26) или (ЗЛ) ■соответственно. Это'ввадвкй те*, чи повышение указаенйе гтера-. •метрег приавдиг.к боге? веодкородвохураспреггегеввю.гекпирагурк и концентраций рейтекто? л грануле хагагигагора. Вследствие а то-

го происходи? паденье кошдее-рании С, -исходного вещества почти до нуля при иакьаих гк^гкипх параметра Ткпз . Это факти-ггсхв С5йачеэт, что реакция при дальнейшем увеличении ^ в центральной части пористой гранулы -катализатора практически не протекает.

3 зтом V, параграфе иссдедоэано влияние неизогермичности к сопрог'язпенкя в погрэ. яичком сзсз лассо- а тегтлообкгзу кегду пористой гранулой катализатора и потоком реакционной смеси на глу-5>.ку проникновения исходного вещества Д1 з г.ора гранты в случае реакций (7; и (8) с кинетикой (9) ( для обратимой реакции (2?) с лябой' кинетикой "мертвая зоиа™ ни по земству Д^ , ни по вещгст-Г'У "2 розет.ст-ет). ядзаий йк&я-'.г прозодклся с пэмоаья чис5»е-ного моделирования «а 331.

Из результатов этого раздела следует, что наиболее однородные распределения ггкпорат/рз и к&удаситрацйй р?етзнтоь набпвда-мтся в с^еркче с го й граауяо, гатеч з ЦааиндркческоЯ я Егечкзке-з однородные ~ в пла^тивчатой-рраяуве- ка^вяизаторэ.,

В §3.2 полценам результаты применен« для уотановаения оптимальных ргх;:мса езуцгстзлезйя :;о;-:::регниг. гсаталкткчгпхих процессам ка пэрксгых грЩ'тл/. ризлич'-Ях- геоязгрэтеезкх $орч„

ОсновчиЬ результаты рабогк'состоят и еяеду-дек: .

1. Погучеир соотвсвеийя, .псаБ-ояяЕЩке окрйделить интенсивность 'мае со- и теяяообнгка «Екду пористой грану;.л катализатора и внеинтае потоком реакционно», скаса при савкестно!? протеяания на .«ей' аоовзгояьиой катз^'ичесной роаяцеи и- диф^узви реагеатса в

порах. 2тк со£>?ыСЕЗкия пра иззестаой кинетике реакций позволяют тайке кссяезоэаяь гедодиче ъкч'скне хьрайте рустика турбу лент кого пограничного слоя,

2. Изучено влияние гвдродьяакаческой ¿Ссгзнавлв з окоуканщен гранулу ¡»лааи затора яростра- гтге па глубину проникновения реагентов г ее поры. Ясяучекь- необходимые условия возникновения "мерту.оЬ ^ны" 2 центральной части пористой гранулы кьгаг«затора при с осмосу ном-протекай ян на вгй лгбых у. скях. реаг.ц кй с произвольней кинегихоЯ « дкФ|угка рэггентаз в 'поре,т.'Выведены точные аи»гихкческне соогновзная дня определения гаубннэ проникновения г.скодкого ведества при протекании простей реакции; со степенной йиьетикзй. на сферичесгих. цигивдрьческих. я пластинчат порпсткх «зотесиическах гранулах катализатора.'Для^после- ■

• • ' • - 13- .

довагзяьно-парьяяедьной.реахчии со степенной кинетикой подобные •соотношения получены при ее про. знании на изотерм ичзско.. пористой грануле катализатора пластинчатой формы.- В последнем с нучае для сферических и цилиндрических гранул катализатора найдены приближение выражения дяя оценки их размеров, при которых возникает "мертвая зоаа".

3. С /четой сопротивления в пограничном сдое массо- и теплообмену между пористой гранулой ка-та л я затора и потоком реакционной снеси получено прибяихьнное выражение в виде ряда по степеням радиусов сферических,Цилиндрических и пластинчатых гранул для определения эффективности гранул при- протекании на них любых каталитических реакций с произвольной кинетикой.

Для простой обратимойНг необратимой, а также последозательно-п а рая.дельной реакц,:л со степенной кинетикой при их протекании на пористых гранулах катализатора, различных геометрических Фогм в изотермическом режиме найдены точные аналитические решения дд" фактора объективности гранулы ияи селективности сложной реакции. Пси згох уч'1НО наличке сопротивления маесообмену нему пористсП гранулой и "»током реакционной смеси.

Г. Проведен анализ вяиямя неизотермичноста пористой гранулы катализатора и сопротивления в пограничном слое *»ссо- и теплооб-нену мевду гранулой в внешне», потоком на эффективность гранулу катализа;эра при "рогекаими на ней промах осратимих и необрати-*ьх, е такхелПосг.едовательно-пара'пе«ьиьх реакций со степенной .кинетикой.

6. 1'Мдены простые состнои.?.». ил пазэояимдие оценить изотермичность аористах рануя катализатора для указ нкых Б-предыд} ^еи пункте

р акций ч учето! сояр'тив'паная'Бкеьчему массо- и теплообмену с потокок ргакциоаноя смеск.

7. Лоаучены неибхединые условия превышения -¿диаищ» фактором эФ-

4 активности граауяа ■ ката ли за гора, или селективность® слокной реакции пвй совместной протекании-явбой реакции с ¿фоизьоььной кинетикой на поркстоЗ'кеизьтеркзчссксй грануле катализатора и дкффу-'зли реагнтев порах. Н&идяяц условий,позкошт'ие с&енит* здкя-киз |"генс«»йостй кёсао- и ?ер*оо£кси& иеаду гранулой и потеком ргекиаонаил скеи« -а $гис?ор а^отадновти и сеаемиьнос**. а. По», «ьньа-.реэ^льгсгы пзаэояяст исследовать влияние гидродина-еЗсадноасн.а-.ожруайЕЕвм яорйст^э гранулу пространстве и ■,• - , — 14 -' • . . •■

я других физико-химических 1—раметрс.в на эффективность гранул катьтзагорь. Это «ваяется важним для -подбора оптимального »ата-г.ицато^а для конкретного процесса.

Основные результаты диссертации изложены г сяедуьцих работах:

Андреев В.З., Кольцов Н.Й. "Мертвая зона" з пописгкх зелчах катализатора для реакций с произэогьной яккетикой//Дэкл. АН (Россия). 1993. Т.ЗЗг. » 5. ¿.581-534.

2. Андреев 3.3., Кольцов Н.И., Возякоз В.й. Условия возникновения '"иерувой зони" в зернах катализатора для реакций с произвольной кинетйкой//Изь.вузов* Химия и хим.технология. 1993. 1.36. г И. СГ,61-«6.

3. Аидрзав 8.3., Кольцов К.Й., Возякоз В.И, Исследование се лек-' газности 'сиоякьх реакций в неизоте^ичесхях зернах кагл.гиза-гора//ИзЕ.з>го*..Хииия и хим.технология.. 1993.'т.Зб. £ 6.

С. 117-12-1. '

Андреев В.В., Кольцов Селектт. аосгь посггэдсват-еяьних реалий со. степенной', кинетикой, г пластинчатом зерне катализа-торв/'/Язг..вузов. Химия /. хы. технология. 1952. Т.35. £7. С.43-53.

5. Андрее* В.В,, Алексеев Б.В., Коль: я В.И. "¡Дерзая зона" в пластинчатом зерне катализатора для елочных реешйЙ со сте-пецадй ккнет.гкой/Уйзв.вг^ов. Химия й хим.технология. 1992. Т.35, 6 Ц-*2. С.52-55.

6. Андреев В.Й,, Кольцов Н.И., Бозяков В.«1, Виктор эффективности . зерна катализатора для простых обратимый рейкцик//Изв.вузсз.

"Хвмкя к л им. технология. 1994. Т.37* » 2.

7. Андрее? Кольцов Н.К. Компьютерный анамз эффективности протекчкия единых реакций в пористом зерке яата:;.;згтора//Хи-

' Щ5чес{?а.1 ш^ормагиг.з/Тез.докл« 9-Зеесоозной конф. 4.2. Черно-.-зюэка, Ш2. С,?76. ,

8 сз Е.й. Сегекиййосгь лосхедсватьио-яа-

рздг§льшс. р»б-КЦий-в пластинчатом зерн™ кетали?атора//Хикре~. акторе!ВсесоЕЗной хонф ,, 4.2.. Харьков, 1992. '

9, Андреев В.З», Нчяыда- Н.Й. 'Модеяирвав® как основа пяаккро--; . 94Н34Я экедгзд^менуа два химических процессов в зернах ^атали- :"

■"" * ' ' -15 - ~ ' .,'■■.. ' :' Г

се юра // Планарадание и агтомагнзааил экоперимек-се- з научных исследованиях/ Тез.докл. Ю Научной кой» Москва. ISS2. 0.45-46. •

10. Anaraer V.V.,Ко1'!.автг K.I. Tiu critical appearances on t:he parous grains for catalytic reactions// fhs 11-th International Congress of Chbiuical Engineering, Chemical Equipment Design and •-•itoaatlon. Praia ( CEISA'93 ). 1953. P. 15.

— и -

Ч'

О 02

Рис Л. ■ Зависимость фактора эффективности \ от параметра Тк»в «р лдд 0(1.2.3,4,5,7,8,?),1(5).П« 0.5$,5),^ И 1(1,2,3,6,7,8,9)4« 10(1,2,3,4,5,6.7.8,9).^ 0.2 (7,8.9),^ - 0.2(3,4,5,6),^ ,0.5(2}.^ * 0.6(1).В,- К1.2, 3;6,7.9), ВА * 10(4,5), В1 - 20(8), ^ « 0.5(1,2,3,8,9), : Г Е3 « 2(6,7), В, -5(4,5); (В** 12.7(1).2>я * Ю.3(2), Зя = ; « йФУ, \ « 5.05(8), 2>й - 3.3(3). Зн = 3(7),. « 0.85

н - 0.36(5), 2Й « о.;з(б». ; .; 0 . .

Тиле 10 для простой olpav-woii реакции при . * O.I, JT-I, 6L--=10,^-10 (1*2,3.4,5.5.7,8).«- 0(1,2,3.5. 6,7,8),Л»;' 2(4),П a О.Ю- 0(1,8),И - I.m - 1(2,3,4.5,6, 7),J3 - -C.U8),jSV 0.1(5,6,7)./. 0.?(1,2,3,4). В, . 10 Сб-7), (1,2,3,4,5,8), Ва= 1(7), (1.2.3,4,

5.6,8), В3 - 10(2), (1,3.4,5,6,7 .8); (Ъ1И- 0.73

(-).&«» 0.57(2),¿w*= 0.37(3). '•0.365(d),2qH-0.2(7), 2г1ни 0.1(6), 2?ж = с.073(4),'¿ы »0(5)

- L6 4

?йс.З» Зависимость отношения 5«ог параметра Тиле if для поспедовате*!ън0-.1ерЬллелы!0й реа.шии при d =0(1,3,4,6, ?), of-2(2,5),0.1, C0-1,2)*=J,=

=10, n -I.m «I, ' (1,2,3,4,5,6,7),J}s-C.I(3,4),jg =-» 0.1(5.6,7)=0,3(1,2), =5.(1,2), 5,

6.7),B^ -1С, B4 '10, B^ -10 .(5,7), Br>co , .B¿-»oo , -ioo (1,2,3,4,6); Xb¿¡l = 0.595(7),^« 0.457(6), - , = 0.416(1),éAH - 0,243(3),^ 0.137(5), ?2И* 0.107(4), « C.0S4(2) ). • ' ' «