Главная -> Словарь

Концентраций реагирующего

Учитывая, что исходное сырье представляет собой сложную систему как в химическом, так и в физическом отношении, а все основные и побочные реакции протекают на поверхности полидисперсных катализаторов в условиях нарастающей дезактивации, исследование проблем кинетики процессов каталитического гидрооблагораживания остатков строится на двух уровнях теоретических представлений. На первом уровне не учитывается гетерогенность протекания процесса, т. е. используются формальные подходы гомогенного катализа, основанные на различных эмпирических моделях, описывающих „формальную" кинетику основных реакций . На втором уровне используются макро-кинетические методы гетерогенного катализа с учетом закономерностей диффузионных процессов, протекающих на зерне и в порах катализатора и использующих математические модели, связывающие материальные балансы изменения концентраций реагентов с диффузионными характеристиками зерна и сырья, объединенные известными приемами процесс обратного достижения равновесия . Если С/ — равновесная концентрация /-компонента, a Xj — отклонение от нее к моменту т, то имеем:

При очень большом значении константы равновесия реакция может идти практически до конца, при очень малом — не протекает вообще. Возможная глубина реакции при данной константе равновесия зависит от вида стехиометрического уравнения реакции, соотношения начальных концентраций реагентов и от давления. Данные табл. 0.1 иллюстрируют это для некоторых типов реакций.

решение которого дает зависимость концентраций реагентов от времени протекания реакции. В большинстве случаев а = b = 1 и

Кинетическая модель процесса представляет собой совокупность элементарных стадий, реакций и уравнений, характеризующих зависимость скорости химического превращения от параметров реакции: давления, температуры, концентраций реагентов и др. . Такие зависимости определяются на основе экспериментальных данных в области изменения параметров реакции, охватывающей практические условия ведения процесса. Построенная кинетическая модель является первым уровнем модели любого реактора и базисом для решения различных статических и динамических проблем, возникающих при разработке технологического процесса.

Экспериментальные исследования по выжигу кокса проводились в реакторр с виброожиженным слоем катализатора. Достаточно точно поведение такого реактора описывается моделью идеального смешения. Тогда изменения концентраций реагентов в газовой фазе находятся из уравнений материального баланса:

Явный вид уравнения необходим для построения математической моделк процесса закоксовывания при проектировании реакторов с неподвижным слоем и особенно при проектировании и управлении аппаратами с движущимся слое»; катализатора. В этом случае экспериментальное исследование закоксовываниг катализатора следует проводить в безградиентных реакторах с последующим выжиганием кокса либо непосредственно определять скорость отложения кокса с помощью кварцевых пружинных или автоматических электронных весов. При использовании весов серии измерений проводятся на небольших количествах катализатора в интервалах эксплуатационных значений температур и концентраций реагентов.

Возможно, основной причиной повышенных расходов реагента, необходимых для глубокого обезвоживания нефти, при введении его в уже готовую эмульсию является трудность доведения -реагента до капель эмульгированной воды. Кроме того, здесь же сказывается и то, что если реагент был ранее введен в воду, то он, как более поверхностно-активный, в первую очередь адсорбируется на границе раздела нефть — вода, предупреждая тем самым адсорбцию природных стабилизаторов. В отсутствии же реагента адсорбция последних проходит беспрепятственно и необратимо , в результате -чего образуются устойчивые защитные слои на каплях эмульгированной воды. Разрушение таких слоев и требует повышенных концентраций реагентов.

Для оценки реакционной способности коксов по отношению к кислороду необходимо экспериментально определить значения констант Kj, Kg и Kg для реакций , и , соответственно. В качестве независимых принимали реакции и . Обозначив степени превращения кислорода по независимым реакциям через х и у соответственно, получили следующие выражения для концентраций реагентов :

В табл. 18 приведены условия проведения кинетических экспериментов и диапазоны изменения концентраций реагентов и катализатора для различных реакций.

Хеджедус и Петерсен экспериментально и теоретически изучили механизм, контролируемый загрязнением, и дали конкретное определение. Авторы использовали реактор с одной гранулой. Регулированием концентраций реагирующего вещества на наружной поверхности и в центре гранулы они смогли определить многие параметры скорости реакции. Сравнительно недавно их расчеты для скорости реакции первого порядка распространены на реакции более высоких порядков . Порядок реакции влияет на отношение скоростей главным образом в параллельных реакциях отравления, но имеет незначительный эффект в моделях отравления устьев пор и на отравление примесями.

При испытаниях на продолжительность работы катализатора необходимость поддержания условий, аналогичных промышленным, становится еще более важной. Без предшествующих многочисленных экспериментов было бы затруднительно оценить влияние необычных концентраций реагирующего вещества или температур реактора на срок службы катализатора. Хотя большинство промышленных реакторов не работает в дифференциальном режиме, в некоторых случаях для оценки каталитической активности во время работы могут быть использованы проточный дифференциальный реактор и реактор полного смешения . Циркуляционный реактор периодического действия и импульсный микрореактор не подходят для испытаний на срок службы катализатора, так как условия их работы сильно отклоняются от условий непрерывных промышленных процессов.

Резник и Уайт , Чу, Калил , Киттеринг, Макдерфилд и Смит изучали условия массообмена в кипящем слое в нестационарных условиях, используя систему нафталин — воздух. Они применяли схему кипящего слоя с режимом полного вытеснения газового потока, которая позволила определить коэффициент массообмена и движущую аилу процесса как среднюю логарифмическую величину по граничным концентрапдам. Такое определение неточно, так как режим кипящего слоя не является режимом полного вытеснения, а граничные концентрации не дают истинной картины распределения концентраций реагирующего газа по слою.

Рис. 1. Схема распределения относительных концентраций реагирующего газа

Недостатки рай ее выполненных исследований определили направление и задачи теоретического и экспериментального исследования — определение особенностей масеообмена в кипящем слое стационарного режима с выявлением истинного распределения концентраций реагирующего газа по всему слою.

решение iMOTOporo дает гиперболическую зависимость распределения концентраций реагирующего таза. Если и и, т. е. если скорость движения фронта юорбционной волны больше скорости движения частиц, процесс массообмена превращается в неустановившийся. В этом случае уравнение непригодно для описания процесса.

Следует отметить, что распределение концентраций реагирующего газа, отобранного по сечению слоя, не совпадает, что говорит, по-видимому, о различной скорости массообмена при прочих равных условиях. Причем расхождения, полученные в опытах, весьма существенны.

Неравномерное распределение концентраций реагирующего газа по сечению слоя можно объяснить, если учесть структуру кипящего слоя и характер движения в нем частиц.

2. В стационарном слое распределение концентраций реагирующего газа неравномерно по сечению слоя, что объясняется структурой кипящего слоя и условиями движения в нем частиц.

В простых реакциях первого порядка типа А — В —• С при начальной концентрации с0 кмоль-м-3 концентрация исходного вещества убывает по экспоненциальному закону. Изменения концентраций реагирующего с и образующегося х веществ во времени даны на рис. П-2. Графическим дифференцированием этих кривых определяются скорость реакции, а затем порядок ее и константа скорости,

представляет собой известную функцию концентраций реагирующего газа с и продуктов реакции с'. . .