Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Химико-технологический факультет
Процессы и аппараты химических производств
Кафедра химической технологии топлива
" Макрокинетика гетерогенных каталитических реакций. Устойчивость экзотермических реакций. Выбор типа реактора и условий реализации промышленного процесса"
Реферат по дисциплине "Дополнительные главы физической химии".
Исполнитель:
маг. гр.5М550 Афанасьева Ю.И.
Руководитель:
АссистентЧеканцев Н.В.
Томск - 2010
Содержание
Макрокинетика гетерогенных каталитических реакций
Массоперенос и теплопередача в порах
Внешняя массо- и теплопередача
Устойчивость экзотермических реакций
Выбор типа реакции и условий реализации промышленного процесса. Оптимальный температурный профиль
Оптимизация стадийных c хем
Список используемой литературы
Реальные кинетические закономерности каталитического процесса определяются как истинной кинетикой реакции на активной поверхности, так и условиями массопереноса и теплопереноса; их изучение составляет предмет макрокинетики химических процессов.
Важное значение имеет перенос вещества и тепла внутри пористой частицы катализатора.
Перенос вещества в порах осуществляется исключительно путем молекулярной диффузии.
Если диаметр поры значительно превышает среднюю длину свободного пробега молекулы, то диффузия в порах протекает так же, как в объеме неподвижной жидкости или газа. В этом случае скорость переноса вещества вдоль поры определяется законом Фика.
Движущей силой диффузии является градиент концентрации диффундирующего вещества С вдоль направления поры X , а поток вещества направлен в сторону уменьшения концентрации.
Средняя скорость движения молекул зависит от температуры газа и в равновесном газе определяется законом Максвелла:
где k - константа Больцмана; Т - абсолютная температура; т - масса молекулы. Коэффициент молекулярной диффузии в газах может быть определен:
Величина D м возрастает с повышением температуры, чем больше масса и диаметр молекулы, тем труднее, она диффундирует. Определение коэффициентов молекулярной диффузии в многокомпонентных смесях представляет собой чрезвычайно сложную задачу. При расчете химических процессов зависимостью коэффициентов диффузии от состава газовой смеси и температуры можно пренебречь.
В жидкостях величины коэффициентов молекулярной диффузии на несколько порядков ниже, чем в газах. Медленность молекулярной диффузии в жидкостях сильно ограничивает возможность применения пористых катализаторов для проведения жидкофазных реакций.
При уменьшении диаметра пор столкновения молекул со стенками поры начинают играть все большую роль в процессе молекулярной диффузии.
Когда диаметр поры намного меньше, чем средняя длина свободного пробега, коэффициент диффузии будет пропорционален уже не средней длине свободного пробега, а диаметру поры d П :
Эту область (λ " d п ) называют кнудсеновской, а величину D кн - кнудсеновским коэффициентом диффузии.
При фиксированном диаметре поры переход в кнудсеновскую область диффузии происходит при уменьшении давления; он является плавным, поэтому в довольно широком интервале давлений для определения коэффициента диффузии пользуются различными приближенными переходными формулами, например, формулой гармонического среднего:
При исследовании макрокинетики химических реакций в пористом зерне нерационально рассматривать процесс в отдельной поре. Поры реальной частицы катализатора неодинаковы по размеру и образуют запутанную сеть. Поэтому пористое зерно рационально рассматривать как квазигомогенную среду, характеризуя скорость диффузии реагентов эффективным коэффициентом диффузии D , а скорость химической реакции - эффективной кинетической функцией r (С, Т).
Эффективный коэффициент диффузии D < D м коэффициента молекулярной диффузии . Это объясняется, тем, что в пористом зерне доступно для диффузии не все сечение, а лишь часть, занятая порами, равная доле свободного объема и удлинением пути диффузии в извилистых порах. В общем случае эффективный коэффициент диффузии можно представить в виде:
D = а D м
где а - множитель, зависящий от структуры зерна, определяемый экспериментально.
В кнудсеновской области а падает с уменьшением размера пор. При определенных условиях в мелких порах проявляется, однако, дополнительный механизм переноса вещества за счет поверхностной диффузии молекул, адсорбированных на стенках пор. Этот эффект, в принципе, может приводить к величинам а , превышающим единицу.
Существенное влияние на величину D в катализаторах, содержащих узкие поры, оказывает распределение пор по размерам. При резко неоднородном распределении размеров пор само п
Одними из наиболее популярных услуг на рынке IT-технологий являются создание и продвижение лендингов. Они способны положительно влиять на деятельность любого бизнес-проекта в интернете. Судя по многочисленным отзывам, заказавшие создание лендингов люди ни разу не пожалели о потраченных деньгах. Они вложили в будущее, которое неразрывно связано с интернетом. Всё больше и больше предпринимателей обращаются к услугам разных агентств, веб-студий, чтобы заказать создание лендинга у профессионалов.