Влияние процессов переноса тепла и вещества на скорость контактных реакций
Основные закономерности, управляющие процессами переноса тепла и вещества, их значение на примере некоторых промышленных каталитических реакций. Характер движения газа в промышленных контактных аппаратах. Разность концентраций реагирующих веществ.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.10.2018 |
| Размер файла | 944,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
2. При нормальном давлении промышленные контактные процессы осуществляются при значениях критерия Рейнольдса порядка сотен (большей частью около 200), т.е. в турбулентной области, но вблизи переходного значения. Лишь для небольшого числа очень быстрых реакций перенос реагирующих веществ к внешней поверхности зерен контакта определяет суммарную скорость процесса. В этих случаях разность температур поверхности контакта и газового потока на начальных стадиях приближается к величине теоретического разогрева. Для реакций, тормозящихся продуктом, перенос к внешней поверхности сказывается лишь на первых стадиях и не влияет существенно на общую интенсивность процесса. Однако разность температур поверхности контакта и газового потока ' достигает для этих реакций на первых стадиях заметной величины, что сказывается на важном технологическом параметре - минимально допустимой температуре входа газа в контактную массу. При высоких давлениях промышленные каталитические реакции осуществляются при значениях критерия Рейнольдса порядка тысяч и даже десятков тысяч, и соответственно этому процессы переноса к внешней поверхности протекают с большой скоростью. Для рассмотренных процессов (синтез аммиака, метанола, ряд реакций гидрирования) не обнаружено заметного влияния процессов переноса к внешней поверхности зерен контакта на суммарную скорость.
3. Скорость переноса реагирующих веществ к внутренней поверхности зерен контакта существенно сказывается на течении большинства промышленных контактных процессов. В середине зерен катализатора скорость реакции значительно, иногда в несколько раз, ниже, чем на внешней поверхности.
Процессы переноса внутри зерен сказываются на общей скорости раньше, чем процессы переноса из газового потока к внешней поверхности зерен.
Если скоростью реакции в глубине зерен можно пренебречь по сравнению со скоростью на внешней поверхности, то наблюдаемая кинетика подчиняется закономерностям Зельдовича. Однако в большинстве случаев скорость переноса к внешней поверхности начинает сказываться на суммарной скорости раньше, чем достигаются условия, при которых можно пренебречь скоростью в центре зерна, и кинетика Зельдовича не реализуется в чистом виде.
Только в случае тонкопористых контактов, при которых перенос осуществляется в области кнудсеновской диффузии, и для процессов при высоких давлениях существует конечный интервал суммарных скоростей процесса, внутри которого справедлива кинетика Зельдовича.
Перенос тепла внутри зерен катализатора происходит с большой скоростью вследствие сравнительно высокой теплопроводности твердого вещества контакта. Разность температур в центре зерна и на внешней поверхности обычно не превышает нескольких градусов.
4. Величина внутренней поверхности зерен контактной массы оказывает существенное влияние на ее активность. Посредством подбора оптимальной внутренней структуры можно изготовить активные контактные массы из материалов, характеризующихся умеренной активностью, отнесенной к единице поверхности. Однако простое увеличение внутренней поверхности не всегда приводит к росту активности, а иногда может сопровождаться снижением выхода полезного продукта. Каждому контактному процессу отвечает определенная оптимальная внутренняя структура, зависящая от условий его проведения и скорости реакции.
Для медленных контактных реакций, пока скорость внутри зерна заметно не отличается от скорости на внешней поверхности, выгодна наиболее тонкопористая структура. Минимальный диаметр пор определяется возможностью встречной диффузии реагирующих веществ и продуктов и лежит вблизи 10-7 см.
Для реакций средней скорости, при которых в глубине зерна скорость заметно ниже, чем на внешней поверхности, но перенос к внешней поверхности еще не оказывает решающего влияния на суммарную скорость, из однородных структур наиболее выгодна состоящая из капилляров диаметром, равным средней длине свободного пробега, т.е. около 10-5 см при атмосферном давлении и соответственно меньше при высоких давлениях (при 300 атм около 10-7 см).
Еще больший эффект для реакций, протекающих при нормальном давлении, дает неоднородная структура, состоящая из длинных, крупных пор диаметром около 10-5 см, к стенкам которых примыкают короткие, тонкие капилляры. Наличие крупных пор, в которых перенос вещества осуществляется посредством нормальной диффузии, обеспечивает проникновение реагирующих веществ в более глубокие части зерен катализатора и, благодаря этому увеличение скорости реакции в 10-100 раз по сравнению с наиболее выгодной однородной структурой. При высоких давлениях, когда даже в самых тонких капиллярах происходит нормальная диффузия, наличие крупных пор не дает положительного эффекта, и оптимальной является однородная, тонкопористая структура.
Для быстрых реакций, скорость которых определяется переносом к внешней поверхности зерен, оптимальными оказываются те же структуры, что и для реакций средней скорости, но достаточно, чтобы они распространялись на небольшую глубину, так как структура центральной части зерна не влияет на общую скорость процесса. Крупность зерен целесообразно брать минимальную, но обеспечивающую равномерное распределение газа по всей площади тонкого слоя контакта.
Литература
1. Damkeller G. // Der Chemie-Ingenieur. - Bd 3. - S.359.
2. Жаворонков Н.М. Гидравлические основы скрубберною процесса и теплопередача в скрубберах. - М., 1944.
3. Chilton Т., Colburn A. // Ind. Eng. Chem. - 1931. - V.23. - P.913.
4. Gamson В., Thodes G., Hougen 0. // Trans. Amer. Inst. Chem. Eng. - 1943. - V.39. - P.1.
5. Hurt D. // Ind. Eng. Chem., Ind Ed. - 1943. - V.35. - P.522.
6. Chilton Т.Н., Colburn A. P. // Ind. Eng. Chem., Ind. Ed. - 1934. - V.26. - P.1183.
7. Scherwood. Absorption and Extraction. 1936.
8. Франк-Каменецкий Д.А. // Журн. техн. физ. - 1939. - Т.9. - С.1457; Докл. АН СССР. - 1938. - Т.18 - С.411.
9. Hies H., Van Nordstrand // Ind. Eng. Chem., Ind. Ed. - 1945. - V.37. - P.311.
10. Emmett P., Brunauer S. // J. Amer. Chem. Soc - 1937. - V.59. - P.1553.
11. Damkeller G. // Z. Phys. Chem. - 1935. - Bd A174. - S.221.
12. Жуховицкий А.А., Забежинский Я.Л., Тихонов А.Н. // Журн. физ. химии. - 1д45__Т 19. __С.253
13. Thiele E. W. // Ind. ' Eng! Chem. - 1939. - V.31. - P.916.
14. Боресков Г.К. Дис. докт. хим. наук. М., 1946.
15. Зельдович Я.Б. // Журн. физ. химии. - 1939. - Т.13. - С.163.
16. Tiselius A. // J. Phys. Chem. - 1936. - V.40. - P.223; Z. Phys. Chem. - 1935. - Bd A174. - S.40.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение теплопроводности как физической величины, определяющей показатель переноса тепла структурными частицами вещества в процессе теплового движения. Способы переноса тепла: конвекция, излучение, радиация. Параметры теплопроводности жидкостей и газов.
курсовая работа [60,5 K], добавлен 01.12.2010Исследование свойств теплопроводности как физического процесса переноса тепловой энергии структурными частицами вещества в процесс их теплового движения. Общая характеристика основных видов переноса тепла. Расчет теплопроводности через плоскую стенку.
реферат [19,8 K], добавлен 24.01.2012Понятие процесса переноса тепла и вещества, потенциалы переноса. Температурное поле, примеры одномерного и двухмерного полей. Стационарный и нестационарный процесс теплопередачи. Характеристика параметров материала: плотность, пористость, влажность.
контрольная работа [203,4 K], добавлен 21.01.2012Групповая скорость. Парадокс. Вектор Пойнтинга. Проблемы определения скорости переноса энергии. Скорость переноса энергии ТЕ и ТМ волн. Фазовая скорость это скорость движения силового свойства поля.
реферат [95,4 K], добавлен 02.03.2002Понятие технологических процессов, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую. Основные виды массообменных процессов, их фазовое равновесие и материальный баланс. Основное уравнение массопередачи.
презентация [2,7 M], добавлен 29.09.2013Современные достижения и объективные ограничения в исследованиях экстремальных состояний вещества. Экстремальные состояния вещества. Состояние вещества в ходе ядерных, термоядерных и пикноядерных реакций. "Черные дыры".
курсовая работа [116,0 K], добавлен 26.02.2003Основные положения атомно-молекулярного учения. Закономерности броуновского движения. Вещества атомного строения. Основные сведения о строении атома. Тепловое движение молекул. Взаимодействие атомов и молекул. Измерение скорости движения молекул газа.
презентация [226,2 K], добавлен 18.11.2013Основные положения молекулярной теории строения вещества. Скорость движения молекул вещества. Переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Процесс интенсивного парообразования. Температура кипения и давление. Поглощение теплоты при кипении.
презентация [238,0 K], добавлен 05.02.2012Содержание теории теплорода и описание атомного состава вещества. Раскрытие молекулярных свойств вещества. Природа хаотичного движения малых частиц взвешенных в жидкости или газе, уравнение броуновского движения. Свойства и объём молекул идеального газа.
презентация [127,2 K], добавлен 29.09.2013Теплопередача как совокупность необратимых процессов переноса тепла, виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение. Основные термодинамические процессы и законы. Устройство энергетических установок тепловых и атомных электростанций.
реферат [224,0 K], добавлен 12.07.2015Установление возможности наблюдения эффекта переноса ядерной намагниченности, используя имеющееся лабораторное оборудование. Изучение влияния параметров исследуемых образцов на отношение переноса намагниченности. Описание импульсной последовательности.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 30.08.2012Тепловое движение частиц твердого тела. Развитие теории теплоемкости и теплопроводности кристаллической решетки материала. Основные механизмы переноса тепла в твердом теле. Фотоны. Фотонный газ. Электронная теплопроводность. Закон Видемана-Франца.
курсовая работа [242,1 K], добавлен 24.06.2008Основные положения и исходные данные теории детонации Михельсона. Расчет температуры зажигания от раскаленных микротел. Нормальная скорость горения, скорость детонации и концентрация вещества. Неразрывность потока, скорость диффузии и закон импульсов.
контрольная работа [274,8 K], добавлен 24.08.2012Основные свойства жидкости. Отсутствие идеальной модели и трудности формулировки общей теории жидкости. Явления переноса: диффузия, теплопроводность и вязкость, их характеристика. Отличия явлений переноса в жидкостях от аналогичных явлений в газах.
реферат [40,2 K], добавлен 05.06.2009Понятие, причины и закономерности броуновского движения - хаотического движения частиц вещества в жидкости или в газе. Ознакомление с содержанием теории хаоса на примере движения бильярдных шариков. Способы восстановления детерминированных фракталов.
реферат [3,8 M], добавлен 30.11.2010Изучение корпускулярной концепции описания природы, сущность которой в том, что все вещества состоят из молекул - минимальных частиц вещества, сохраняющих его химические свойства. Анализ молекулярно-кинетической теории газа. Законы для идеальных газов.
контрольная работа [112,2 K], добавлен 19.10.2010Особенности конструкции разработанной фритюрницы для приготовления картофеля фри. Расчет полезно используемого тепла. Определение потерь тепла в окружающую среду. Конструирование и расчет электронагревателей. Расход тепла на нестационарном режиме.
курсовая работа [358,0 K], добавлен 16.05.2014Определение параметров цикла со смешанным подводом теплоты в характерных точках. Политропное сжатие, изохорный подвод тепла, изобарный подвод тепла, политропное расширение, изохорный отвод тепла. Количество подведённого и отведённого тепла, КПД.
контрольная работа [83,3 K], добавлен 22.04.2015История теплового аккумулирования энергии. Классификация аккумуляторов тепла. Аккумулирование энергии в атомной энергетике. Хемотермические энергоаккумулирующие системы. Водоаммиачные регуляторы мощности. Аккумуляция тепла в калориферных установках.
реферат [1,5 M], добавлен 14.05.2014Изучение особенностей процесса переноса заряда в коллоидной среде. Поверхностные плотности приэлектродного заряда для образцов соответствующих концентраций. Зависимость сопротивления ячейки с магнитной жидкостью от частоты подаваемого на нее напряжения.
доклад [47,1 K], добавлен 20.03.2007
