Теплопроводность - катализатор
Cтраница 2
Так как процесс конверсии углеводородов с водяным паром протекает с поглощением больших количеств тепла, а теплопроводность катализатора невелика, реакционные трубы предусматриваются небольшого диаметра. Обычно используются трубы диаметром 150 или 200 мм. [16]
Автором ранее [4] были рассмотрены вопросы кинетики каталитического синтеза углеводородов при атмосферном давлении над кобальт-торий-магниевым катализатором, а в настоящей статье даются основные тепловые характеристики реакторов: теплопроводность кобальт-торий-магниевого катализатора в различных стадиях работы; эффективность охлаждения пластинчатых реакторов по данным промышленных испытаний на одном из действующих заводов синтетического топлива. [17]
Более или менее полное приближение к изотермичности слоя катализатора может быть достигнуто: а) путем непрерывной компенсации теплового эффекта реакции подводом или отводом тепла; б) при малом тепловом эффекте реакции, малой концентрации исходного, вещества или малой степени превращения, когда температура может до некоторой степени выравниваться за счет теплопроводности катализатора; в) путем перемешивания газа и катализатора. В аппаратах кипящего слоя вследствие перемешивания температурный режим близок к изотермическому. [18]
Исследование истинной кинетики реакции показало, что ее скорость пропорциональна концентрации кислорода в степени 0 8, а кажущаяся энергия активации равна 21 9 кДж / моль. Был измерен коэффициент теплопроводности катализатора, исходя из значения которого по уравнению (IV.2) вычисляли эффективный коэффициент диффузии. [19]
 |
Диаграмма / - х. при четырехступенчатом контактировании с внутренним теплообменом и промежуточным дозированием кислорода. [20] |
При осуществлении отвода тепла необходимо соблюдать определенные предосторожности. Следует учитывать, что эффективный коэффициент теплопроводности зернистых катализаторов в направлении, нормальном к газовому потоку, невелик. Вследствие этого возможен, значительный перепад температуры между центральной: частью слоя и охлаждаемой, наружной частью его. [21]
Примером затухания реакции из-за наличия теплопроводности в обратном направлении могут служить некоторые типы каталитических реакций и пламенное горение. Рассмотрим окисление аммиака или метанола, которое осуществляют пропусканием паро-воздушной смеси через слои платиновой или серебряной сетки соответственно. В обоих процессах теплопроводность катализатора обусловливает обратную передачу тепла, и в них обоих существует два стационарных состояния - желательное, при почти полном превращении, когда катализатор нагрет до красного каления, и нежелательное, когда конверсия близка к нулю, а катализатор холодный. [22]
Нерационально также увеличение размера зерен, так как увеличение необходимого количества катализатора не компенсируется уменьшением гидравлического сопротивления. Для сильно экзотермических процессов при некоторых размерах зерен степень использования внутренней поверхности оказывается выше единицы и количество катализатора в области внутренней диффузии становится меньше, чем в кинетической области. При сильно экзотермических процессах и недостаточной теплопроводности катализатора возникает перегрев удаленных от поверхности частей катализатора, который приводит к увеличению скорости реакции в глубине зерна. [23]
Нерационально также увеличивать размеры зерен, поскольку возрастание необходимого количества катализатора не компенсируется уменьшением гидравлического сопротивления. В случае сильно экзотермических процессов при некоторых размерах зерен степень использования внутренней поверхности для простых реакций оказывается выше единицы ( см. рис. XV-3) и количество катализатора в области внутренней диффузии становится меньше, чем в кинетической области. При очень значительных тепловых эффектах и недостаточной теплопроводности катализатора происходит перегрев в местах, удаленных от его поверхности, что приводит к увеличению скорости реакции в глубине зерен. [24]
Объемными свойствами катализатора иногда пренебрегают, так как их значение менее понятно, чем значение свойств поверхности. Действительно, имеется целый ряд примеров, когда объемные свойства катализатора не играют существенной роли. Однако для очень быстрых реакций с сильным экзотермическим эффектом может быть важной объемная теплопроводность катализатора. Если его поверхность находится в термически возбужденном состоянии в течение слишком длительного времени, то на ней могут протекать нежелательные реакции. [25]
В качестве охлаждающего агента используют воду, которая циркулирует по трубкам, пронизывающим пластинчатые реакторы, или в межтрубном пространстве трубчатых реакторов. Передача тепла к охлаждающим поверхностям обеспечивается в основном синтез-газом, так как катализатор, содержащий большой процент кизельгура ( носитель), имеет очень низкую теплопроводность. Так как теплопроводность катализатора мала, возможная удельная нагрузка на катализатор не превышает 100 ч - а поэтому и невелика единичная мощность реактора. Сравнительно простой расчет показывает, что, например, через реактор с 10 м3 катализатора можно пропустить 1000 м3 синтез-газа в час, что при выходе 165 - 170 г полезных продуктов на 1 м3 превращенного газа составляет примерно 120 кг продуктов синтеза ( С3 и выше) в час. [26]
Градиенты концентрации и температуры внутри частиц считаются пренебрежимо малыми. Таким образом, эти существенные упрощения исключают из анализа процессы тепло - и массообмена внутри зерен пористого катализатора. Скорость реакции считается функцией локальных значений концентрации и температуры квазигомогенного континуума. Пренебрежение внутренними термическим и диффузионным сопротивлениями зерен катализатора тем более справедливо, чем меньше диаметр частиц и чем выше значения коэффициентов диффузии и теплопроводности катализатора. Принимается режим вытеснения при фильтровании сплошной среды через слой с равномерной скоростью и, не зависящей от радиуса слоя г. Учитывается квазидиффузионный перенос массы и теплоты в поперечном направлении слоя цилиндрической формы. [27]
Синтез при атмосферном давлении осуществляют в пластинчатых реакторах, а при повышенных давлениях - в трубчатых. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая циркулирует по трубам, пронизывающим пластины реактора, или в межтрубном пространстве в случае трубчатых реакторов. Передача тепла к охлаждающим поверхностям обеспечивается в основном синтез-газом, так как катализатор, содержащий большой процент кизельгура ( носитель), обладает очень низкой теплопроводностью. Так как теплопроводность катализатора мала, возможная удельная нагрузка на катализатор не превышает 100 ч 1, а поэтому и невелика единичная мощность реактора. Для интенсификации отвода тепла более перспективными являются реакторы с кипящим слоем катализатора. [28]
Страницы: 1 2