ТЕХНОЛОГИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

Моно — и бидисперсные структуры

В кинетической области скорость реакции в единице объема зерна для монодисперсных структур [73]:

= "s[3]™1! = «вФсвЧАгидр. (2Л8>

"* = 3(1-фсв)/'г. (219>

Во внутридиффузионной области:

Г] = 1/Y. (2.20)

Тогда с учетом уравнений (2.11) и (2.16) имеем:

Ц,= ■ Гзр-Фс.)Вдс»сАГ (221)

L L гг

Во внутридиффузионной области при молекулярной диффузии, когда D не зависит от радиуса [73], скорость реакции обратно пропорциональна корню квадратному из радиуса глобул (размера пор), а при течении Кнудсена, когда DK пропорционален гг (г), скорость реакции не зависит от радиуса пор.

На рис. 2.6 представлена зависимость активности монодисперс­ного катализатора от размера пор [73]. Участок 1 кривой, где наблюдается практически обратно пропорциональная зависимость, характеризует кинетическую область; участки 2 и 3 кривой — области молекулярной и кнудсеновской диффузии соответственно. По мере уменьшения радиуса пор возрастает скорость процесса, до тех пор, пока не вступают в силу диффузионные торможения, при этом падение степени использования поверхности несколько компенсирует эффект увеличения ее при уменьшении радиуса пор. В области диффузии Кнудсена наступает полная компенса­ция (участок 3), т. е. по мере уменьшения радиуса пор усложня­ется возможность использования внутренней поверхности и ско­рость течения процесса не зависит от ее значения.

Модель монодисперсного катализатора идеализирует глобу­лярную структуру. Для получения количественных соотношений, связывающих отдельные ее параметры между собой, принимают все глобулы равновеликими.

С целью увеличения степени использования внутренней по­верхности предложен бидисперсный катализатор, где транспортировка реагентов и продуктов реакции в основном осуществляется через крупные поры [22, 73]. Зерно такого ка­тализатора образовано частицами радиусом гг1, которые в свою очередь состоят из глобул радиусом гГ2. Размер крупных пор — транспортных каналов — должен превышать длину свободного пробега молекул, диффундирующих в глубь зерна.

Скорость реакции в катализаторе бидисперсной структуры [73]:

. «УРі 1 Г____________ іУгидраС__________ ]

"б —( Ч>2) Ггидр і \ (ггидр2/гг„др1) [ф! (1 — <р2)/<р2] J

Здесь индекс «1» относится к первичным глобулам, индекс «2»—ко вто­ричным.

Скорость реакции в случае монодисперсной структуры, сла­гаемой глобулами радиуса гп [51 ]:

„' _1ї___________ 1 [ Ді'гидріс \0-5

Увеличение скорости реакции, благодаря переходу к бидис­персной структуре при одинаковом размере первичных частиц гг1 и зерен катализатора (если в обоих случаях процесс протекает во внутридиффузионной области), выра­зится соотношением: и'

Рнс. 2.6. Влияние размера пор на каталитическую актив - .

Ность, отнесенную к единице объема зерна монодисперс - - L

Ного катализатора Г