Тепловые явления в элементарном объеме. (Тема 5.5)

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Тепловые явления в элементарном объеме. (Тема 5.5)

Содержание

2. Тепловая обстановка в частице катализатора Зависит от выделяющегося (поглощаемого) при реакции тепла теплообмена между частицей и
3. Химическая реакция, протекающая с выделением или поглощением тепла, приводит к местному разогреву или охлаждению частицы катализатора,
4. В общем случае температуры окружающей газовой (жидкой) фазы Т0, поверхности Тп и центра Тц зерна катализатора
5. В гетерогенном химическом процессе реагирующее вещество диффундирует по порам внутрь зерна катализатора, его превращение и тепловыделение
6. Перенос и превращение вещества Граничные условия: при r = R0 С = С0; при r =
7. Внутренний разогрев частицы катализатора Введем степень превращения х = (С0 – С)/С0 и умножим числитель и
8. Внутренний разогрев частицы катализатора Т - Тп = ΔТ – разогрев зерна катализатора в направлении от
9. – адиабатический прогрев Показывает, на сколько градусов нагреется (охладится) реакционная смесь, если реакция пройдет до конца
10. Эффективный коэффициент диффузии в порах зерна катализатора составляет Dэф = 0,1 D. Теплопроводность пористых катализаторов λз
11. Внутренний разогрев частицы катализатора При значениях ΔТад в несколько сот градусов максимальный разогрев в центре зерна,
12. Температура на внешней поверхности зерна Тп зависит от температуры потока вокруг зерна Т0 и определяется тепловым
13. Для реакции первого порядка β(С0 – Сn) = kСп β = α/ср , хп = (С0-Сп)/С0
14. В случае экзотермической реакции (qp > 0) произойдет разогрев поверхности частицы, т.е. Тп – Т0 >
15. Левая часть представляет теплоотвод QT(Tп) и имеет линейную зависимость от Тп. Правая часть — скорость тепловыделения
16. Графический метод решения Точка пересечения зависимостей QТ(TП) и QP(Tп), когда теплообмен равен тепловыделению, является решением уравнения
17. В зависимости от значения Т0 даже в простом случае возможно одно или три решения уравнения —
19. Скачать презентацию

Слайд 2

Тепловая обстановка в частице катализатора
Зависит от
выделяющегося (поглощаемого) при реакции тепла
теплообмена

между частицей и окружающей реакционной средой через поверхности раздела фаз

Слайд 3

Химическая реакция, протекающая с выделением или поглощением тепла, приводит к местному

разогреву или охлаждению частицы катализатора, в результате появляется температурный градиент в элементарном объеме, сопровождающийся переносом тепла.

Слайд 4

В общем случае температуры окружающей газовой (жидкой) фазы Т0, поверхности Тп

и центра Тц зерна катализатора не совпадают.
Относительные значения этих температур определяются тепловым балансом в элементарном объеме и зависят от теплового эффекта реакции

Слайд 5

В гетерогенном химическом процессе реагирующее вещество диффундирует по порам внутрь зерна

катализатора, его превращение и тепловыделение происходит практически во всем объеме частицы.
Градиент температуры в объеме частицы является результатом совместного протекания процессов превращения вещества, переноса вещества и переноса тепла.

Слайд 6

Перенос и превращение вещества
Граничные условия: при r = R0 С

= С0; при r = 0 dС/dr = 0

Перенос теплоты и тепловыделения

Слайд 7

Внутренний разогрев частицы катализатора
Введем степень превращения х = (С0 –

С)/С0 и умножим числитель и знаменатель на теплоемкость реагирующей смеси ср

Слайд 8

Внутренний разогрев частицы катализатора
Т - Тп = ΔТ – разогрев зерна

катализатора в направлении от периферии к центру зерна
Все величины правой части уравнения для определенного процесса постоянные, за исключением степени превращения, значение которой от периферии (r = R0) к центру (r = 0) меняется от 0 до 1

Слайд 9

– адиабатический
прогрев
Показывает, на сколько градусов нагреется (охладится) реакционная смесь,

если реакция пройдет до конца адиабатически.
ΔТад – важная характеристика химического процесса, для многих промышленных реакций достигает нескольких сот градусов

Слайд 10

Эффективный коэффициент диффузии в порах зерна катализатора составляет Dэф = 0,1

D.
Теплопроводность пористых катализаторов λз ≈ 10 λ
Отношение λ/ср=а – коэффициент
температуропроводности;
для газов а ≈ D

Слайд 11

Внутренний разогрев частицы катализатора
При значениях ΔТад в несколько сот градусов максимальный

разогрев в центре зерна, где х = 1 (полное превращение), не превысит несколько градусов.
В режимах, когда полное превращение не достигается даже в центре зерна (х < 1), перепад температуры еще меньше.
В случае эндотермической реакции (qр < 1, ΔТад < 0) температура в центре зерна будет меньше, чем на поверхности.
Малый температурный градиент внутри зерна позволяет считать процесс в пористом зерне катализатора (в малом объеме) изотермическим.

Слайд 12

Температура на внешней поверхности зерна Тп зависит от температуры потока вокруг

зерна Т0 и определяется тепловым балансом на внешней поверхности зерна.
Скорость теплообмена QТ = α(Тп – Т0)
Скорость тепловыделения QР = qpr(Сп, Тп)
В стационарном режиме QТ = QР
α(Тп – Т0) = qpr(Сп, Тп)

Слайд 13

Для реакции первого порядка
β(С0 – Сn) = kСп

β = α/ср , хп = (С0-Сп)/С0
Внутренний разогрев частицы катализатора
или

Слайд 14

В случае экзотермической реакции
(qp > 0) произойдет разогрев поверхности частицы,

т.е. Тп – Т0 > 0.
В случае эндотермической реакции
(qp < 0), наоборот, температура поверхности Тп будет меньше температуры реакционной смеси, т.е. (Тп – Т0) < 0.

Слайд 15

Левая часть представляет теплоотвод QT(Tп) и имеет линейную зависимость от Тп.

Правая часть — скорость тепловыделения в результате реакции, дает зависимость QР(Tп) в виде S-образной кривой.
При низкой температуре, когда k/β << 1, тепловыделение Qp = qpkC0 и благодаря росту k увеличивается экспоненциально от Тп.
При высокой температуре, когда k/β >> 1, процесс переходит в диффузионную область и тепловыделение Qp = qpβC0 практически перестает зависеть от Тп из-за малой чувствительности β к температуре и исчерпания C0.

Слайд 16

Графический метод решения
Точка пересечения зависимостей QТ(TП) и QP(Tп), когда теплообмен

равен тепловыделению, является решением уравнения и стационарным температурным режимом процесса Тп.

Слайд 17

В зависимости от значения Т0 даже в простом случае возможно одно

или три решения уравнения — стационарных режимов.
При низкотемпературном режиме температура поверхности Тп близка к температуре потока Т0.
При высокотемпературном режиме разогрев поверхности близок к адиабатическому и Тп существенно отлично от T0.

Тепловые явления в элементарном объеме. (Тема 5.5)

Содержание

Тепловая обстановка в частице катализатора Зависит отвыделяющегося (поглощаемого) при реакции теплатеплообмена

Химическая реакция, протекающая с выделением или поглощением тепла, приводит к местному

В общем случае температуры окружающей газовой (жидкой) фазы Т0, поверхности Тп

В гетерогенном химическом процессе реагирующее вещество диффундирует по порам внутрь зерна

Перенос и превращение вещества Граничные условия: при r = R0 С

Внутренний разогрев частицы катализатора Введем степень превращения х = (С0 –

Внутренний разогрев частицы катализатораТ - Тп = ΔТ – разогрев зерна

– адиабатический прогревПоказывает, на сколько градусов нагреется (охладится) реакционная смесь,