Промышленный катализ. Свойства катализаторов.

Измение достигаемой в реакторе глубина превращения если имеются застойные зоны в реакторе, режим работы которого близок к идеальному вытеснению.

Однако реальные реакторы отличаются от идеальных моделей. Так, в реакторах смешения существуют застойные зоны, в которых время пребывания, температура и концентрации веществ отличаются от средних. В трубчатых реакторах вытеснения профиль скоростей может быть неплоским, распределение по временам пребывания расширяется и т.д.

Остановимся несколько подробнее на трубчатых реакторах. При ламинарном течении жидкости и постоянной температуре в гладкой трубе устанавливается параболический профиль скоростей — в центре на оси реактора самая высокая скорость течения. Это обстоятельство приводит к расширению распределения по временам пребывания. Ситуация усугубляется при попытке провести в таком реакторе химическую реакцию получения высокомолекулярного продукта — полимера. Обычно в реакциях полимеризации выделяется большое количество тепла, которое в трубчатом реакторе должно отводиться через внешнюю стенку. Из-за высокой вязкости и низкой теплопроводности реакционной системы температура в реакторе повышается, причем в центре температура выше, у стенок ниже. Поскольку с ростом температуры молекулярная масса образующегося полимера практически всегда уменьшается, вязкость реакционной массы в центре снижается и профиль скоростей течения еще более вытягивается, так что при определенных условиях наблюдается проскок почти непрореагировавшего вещества по центральной части реактора. Как избавиться от нежелательного эффекта? Есть разные способы. Самый простой — обеспечить перемешивание вязкой реакционной массы поперек потока, то есть приблизиться к модели реактора идеального вытеснения. Хорошее перемешивание очень вязких полимеров уже было реализовано в процессах их переработки в экструдерах, напоминающих мясорубку. В этом случае удается получить однородное распределение компонентов и их высокую дисперсность при смешении. Исходные реагенты в экструдер можно вводить в любой точке по длине экструдера, тем самым контролируя время их пребывание в реакторе и препятствуя протеканию побочных реакций.

Основные причины отклонения в реальных реакторах.

Реальные реакторы в большей или меньшей степени приближаются к модели идеального вытеснения или идеального смещения. Внесение определенных поправок на неидеальность позволяет использовать модели идеальных аппаратов в качестве исходных для описания реальных реакторов. Степень отклонения реального реактора от идеального определяют экспериментально. Для этого в жидкость или газ, поступающие в реактор, вводят индикатор, а затем через некоторые промежутки времени измеряют концентрацию этого индикатора в жидкости на выходе из реактора. По полученным данным строят так называемые кривые отклика. В резульятате анализа этих кривых определяют не только значение коэфицентов DL,Dr и a, но такие важные характеристики как, минимальнове, максимально и среднее время пребывания элемента объема жидкости в реакторе, особенности переходного периода в реакторе (режима перехода из одного установившегося состояния в другое) и др.

Промышленный катализ. Свойства катализаторов.

Катализ - химическое явление, суть которого заключается в изменении скоростей химических реакций при действии некоторых веществ (их называют катализаторами). Промышленный катализ обычно осуществляют на пористом материале, так как это позволяет значительно увеличить площадь активной поверхности на единицу реакционного объема. Поскольку эффективная площадь внутренней поверхности зерна катализатора может быть совершенно не известна, обычно удобнее относить скорость реакции к единице массы катализатора. Выраженная таким образом скорость зависит от порочности зерна и поэтому один и тот же катализатор может давать различные скорости реакции в зависимости от способа его таблетирования и учитывает индивидуальные особенности различных катализаторов. Основным свойством катализатора является его активность, которая в процессе реакции понижается вследствие воздействия на катализатор вредных примесей. К ним относятся сероводород, диоксид и оксид углерода, сероксид углерода, пары воды и масла. Основное свойство катализаторов состоит в том, что после участия в реакции они остаются, как правило, химически неизменными. Подтверждением этого может служить, например, синтез аммиака из азота и водорода. Если смешать азот и водород, то никакими усилиями - ни повышением давления до 1000 ат, ни применением высоких температур - не удается получить заметного количества аммиака. Но этот процесс стал возможным благодаря использованию в качестве катализатора обычного железа с небольшими добавками окислов калия, алюминия, кальция, кремния, называемых промоторами или активаторами.