🗊Презентация Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2)

Категория: Физика
Нажмите для полного просмотра!
Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №1Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №2Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №3Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №4Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №5Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №6Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №7Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №8Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №9Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №10Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №11Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №12Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №13Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №14Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №15Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №16Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №17Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №18Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №19Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №20Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №21Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №22Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №23Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №24Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №25Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №26Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №27Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №28Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №29Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №30Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №31Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №32Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №33Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №34Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №35Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №36Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2), слайд №37
Скачать

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Кинетическая модель гетерогенного каталитического процесса. (Тема 5.4.2). Доклад-сообщение содержит 37 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1


Раздел 5 Химический процесс на уровне элементарного объема
Описание слайда:
Раздел 5 Химический процесс на уровне элементарного объема

Слайд 2


Тема 5.4.2
Описание слайда:
Тема 5.4.2

Слайд 3


Твердые катализаторы
Описание слайда:
Твердые катализаторы

Слайд 4


Непористое зерно катализатора Этапы процесса Перенос реагентов из объёма окружающего потока через пограничный слой к поверхности катализатора Реакция компонентов на поверхности катализатора
Описание слайда:
Непористое зерно катализатора Этапы процесса Перенос реагентов из объёма окружающего потока через пограничный слой к поверхности катализатора Реакция компонентов на поверхности катализатора

Слайд 5


Непористое зерно катализатора Математическая модель реакционного взаимодействия реагентов -β (С0 – Сn) = W (Сn) Для реакции первого порядка W (Сn) = -k Сп, тогда концентрация на поверхности Сn
Описание слайда:
Непористое зерно катализатора Математическая модель реакционного взаимодействия реагентов -β (С0 – Сn) = W (Сn) Для реакции первого порядка W (Сn) = -k Сп, тогда концентрация на поверхности Сn

Слайд 6


Наблюдаемая скорость превращения Наблюдаемая скорость превращения Если k >> β, следовательно, k/ >> 1 Т.е. скорость процесса определяется скоростью массопереноса и процесс протекает во внешнедиффузионном режиме
Описание слайда:
Наблюдаемая скорость превращения Наблюдаемая скорость превращения Если k >> β, следовательно, k/ >> 1 Т.е. скорость процесса определяется скоростью массопереноса и процесс протекает во внешнедиффузионном режиме

Слайд 7


Влияние температуры на гетерогенно-каталитический процесс
Описание слайда:
Влияние температуры на гетерогенно-каталитический процесс

Слайд 8


Пористое зерно катализатора Пористую структуру катализатора характеризуют параметрами: Fуд. – удельная внутренняя поверхность – поверхность катализатора, отнесённая к единице его объёма или массы (м2/см3 или м2/г). Величина Fуд. достигает сотен м2/см3 и более. ε – порозность – свободный объём пор, выраженный в долях от общего объёма частицы катализатора; обычно значение ε составляет 0,1 -0,5.
Описание слайда:
Пористое зерно катализатора Пористую структуру катализатора характеризуют параметрами: Fуд. – удельная внутренняя поверхность – поверхность катализатора, отнесённая к единице его объёма или массы (м2/см3 или м2/г). Величина Fуд. достигает сотен м2/см3 и более. ε – порозность – свободный объём пор, выраженный в долях от общего объёма частицы катализатора; обычно значение ε составляет 0,1 -0,5.

Слайд 9


Диффузия Кнудсена В порах, диаметр которых во много раз превосходит длину свободного пробега молекул λ, диффузия определяется коэффициентом молекулярной диффузии D. В очень тонких капиллярах, диаметр которых меньше λ (при атмосферном давлении – меньше 10-8 м), молекулы сталкиваются чаще со стенками пор, чем друг с другом. Диффузия в таких условиях называется диффузией Кнудсена.
Описание слайда:
Диффузия Кнудсена В порах, диаметр которых во много раз превосходит длину свободного пробега молекул λ, диффузия определяется коэффициентом молекулярной диффузии D. В очень тонких капиллярах, диаметр которых меньше λ (при атмосферном давлении – меньше 10-8 м), молекулы сталкиваются чаще со стенками пор, чем друг с другом. Диффузия в таких условиях называется диффузией Кнудсена.

Слайд 10


Диффузия Кнудсена Коэффициент кнудсеновской диффузии DК меньше коэффициента диффузии в свободном объёме где М – молекулярная масса компонента; rn – средний радиус пор; Т – абсолютная температура; коэффициент 9700 получен при размерностях параметров: DК (см2/с), rn (м), Т (К).
Описание слайда:
Диффузия Кнудсена Коэффициент кнудсеновской диффузии DК меньше коэффициента диффузии в свободном объёме где М – молекулярная масса компонента; rn – средний радиус пор; Т – абсолютная температура; коэффициент 9700 получен при размерностях параметров: DК (см2/с), rn (м), Т (К).

Слайд 11


Промежуточная диффузия В порах, размеры которых сопоставимы с величиной λ, диффузия - промежуточная между молекулярной и кнудсеновской где Dr – коэффициент диффузии в прямой поре радиуса r.
Описание слайда:
Промежуточная диффузия В порах, размеры которых сопоставимы с величиной λ, диффузия - промежуточная между молекулярной и кнудсеновской где Dr – коэффициент диффузии в прямой поре радиуса r.

Слайд 12


Коэффициент эффективной диффузии Перенос молекул в порах осложнён извилистостью и переменным сечением пор, а также пересечением и разветвлением их. Реальный коэффициент эффективной диффузии Dэф Dэф = П·Dr П - эмпирический коэффициент проницаемости (от 0,1 до 0,2 для большинства случаев)
Описание слайда:
Коэффициент эффективной диффузии Перенос молекул в порах осложнён извилистостью и переменным сечением пор, а также пересечением и разветвлением их. Реальный коэффициент эффективной диффузии Dэф Dэф = П·Dr П - эмпирический коэффициент проницаемости (от 0,1 до 0,2 для большинства случаев)

Слайд 13


Схема химического процесса в пористом зерне катализатора
Описание слайда:
Схема химического процесса в пористом зерне катализатора

Слайд 14


Элементарные стадии процесса катализа на твёрдых пористых катализаторах 1) диффузия реагирующих веществ из ядра потока к внешней поверхности катализатора; 2) диффузия реагентов в порах катализатора; 3) активированная адсорбция (хемосорбция) на поверхности катализатора с образованием активных комплексов: реагенты–катализатор;
Описание слайда:
Элементарные стадии процесса катализа на твёрдых пористых катализаторах 1) диффузия реагирующих веществ из ядра потока к внешней поверхности катализатора; 2) диффузия реагентов в порах катализатора; 3) активированная адсорбция (хемосорбция) на поверхности катализатора с образованием активных комплексов: реагенты–катализатор;

Слайд 15


Элементарные стадии процесса катализа на твёрдых пористых катализаторах 4) перегруппировка атомов активных комплексов с образованием поверхностных комплексов: продукт–катализатор; 5) десорбция продуктов с поверхности катализатора; 6) диффузия продуктов в порах катализатора; 7) диффузия продуктов от внешней поверхности катализатора в ядро потока.
Описание слайда:
Элементарные стадии процесса катализа на твёрдых пористых катализаторах 4) перегруппировка атомов активных комплексов с образованием поверхностных комплексов: продукт–катализатор; 5) десорбция продуктов с поверхности катализатора; 6) диффузия продуктов в порах катализатора; 7) диффузия продуктов от внешней поверхности катализатора в ядро потока.

Слайд 16


Пористое зерно катализатора Внутренняя поверхность стенок пор в сотни и тысячи раз превосходит внешнюю поверхность зерна Доля катализа на внешней поверхности исчезающее мала Превращение вещества происходит практически полностью внутри пор
Описание слайда:
Пористое зерно катализатора Внутренняя поверхность стенок пор в сотни и тысячи раз превосходит внешнюю поверхность зерна Доля катализа на внешней поверхности исчезающее мала Превращение вещества происходит практически полностью внутри пор

Слайд 17


Пористое зерно катализатора В порах одновременно происходит как диффузия молекул, так и химическая реакция Скорость превращения определяется скоростью перемещения молекул из устья поры к ее центру. При этом концентрация исходных компонентов уменьшается вглубь зерна катализатора.
Описание слайда:
Пористое зерно катализатора В порах одновременно происходит как диффузия молекул, так и химическая реакция Скорость превращения определяется скоростью перемещения молекул из устья поры к ее центру. При этом концентрация исходных компонентов уменьшается вглубь зерна катализатора.

Слайд 18


Химический процесс на твердом катализаторе 1) Диффузия реагентов из газового (жидкого) объёма через пограничный слой к наружной поверхности частицы катализатора – к устью пор; 2) Диффузия молекул внутри пор; 3) Химическая реакция при контакте диффундирующих в порах молекул с поверхностью пор. Допущение: продукты реакции свободно удаляются обратным путём. Их диффузия не ограничивает скорость превращения.
Описание слайда:
Химический процесс на твердом катализаторе 1) Диффузия реагентов из газового (жидкого) объёма через пограничный слой к наружной поверхности частицы катализатора – к устью пор; 2) Диффузия молекул внутри пор; 3) Химическая реакция при контакте диффундирующих в порах молекул с поверхностью пор. Допущение: продукты реакции свободно удаляются обратным путём. Их диффузия не ограничивает скорость превращения.

Слайд 19


Основные факторы, наиболее существенно влияющие на кинетику химического процесса в зерне катализатора R0 – радиус зерна, определяющий длину пор в зерне; k – константа скорости реакции, отнесённая к единице поверхности; Dэф – эффективный коэффициент диффузии, определяющий скорость перемещения молекул реагента внутри пор
Описание слайда:
Основные факторы, наиболее существенно влияющие на кинетику химического процесса в зерне катализатора R0 – радиус зерна, определяющий длину пор в зерне; k – константа скорости реакции, отнесённая к единице поверхности; Dэф – эффективный коэффициент диффузии, определяющий скорость перемещения молекул реагента внутри пор

Слайд 20


Модуль Зельдовича-Тиле Является важнейшим системным параметром, характеризующим условия протекания химического превращения и индивидуализирующим конкретный гетерогенный каталитический химический процесс Учитывает наиболее важные параметры участников взаимодействия гетерогенного каталитического процесса
Описание слайда:
Модуль Зельдовича-Тиле Является важнейшим системным параметром, характеризующим условия протекания химического превращения и индивидуализирующим конкретный гетерогенный каталитический химический процесс Учитывает наиболее важные параметры участников взаимодействия гетерогенного каталитического процесса

Слайд 21


Допущения при построении математической модели процесса Пористое зерно катализатор представляют как однородную, сплошную квазигомогенную среду Реакция протекает во всем объеме зерна
Описание слайда:
Допущения при построении математической модели процесса Пористое зерно катализатор представляют как однородную, сплошную квазигомогенную среду Реакция протекает во всем объеме зерна

Слайд 22


Скорость превращения, отнесённая к единице объёма зерна катализатора W, связана с действительной скоростью превращения, отнесённой к единице поверхности Wуд, соотношением Скорость превращения, отнесённая к единице объёма зерна катализатора W, связана с действительной скоростью превращения, отнесённой к единице поверхности Wуд, соотношением W = Wуд· Fуд
Описание слайда:
Скорость превращения, отнесённая к единице объёма зерна катализатора W, связана с действительной скоростью превращения, отнесённой к единице поверхности Wуд, соотношением Скорость превращения, отнесённая к единице объёма зерна катализатора W, связана с действительной скоростью превращения, отнесённой к единице поверхности Wуд, соотношением W = Wуд· Fуд

Слайд 23


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Выберем в зерне катализатора элементарный кубик При стационарном режиме в кубике не происходит накопление вещества и диффузионный поток компонента А в поры зерна равен количеству компонента А, уменьшающемуся в результате химического превращения:
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Выберем в зерне катализатора элементарный кубик При стационарном режиме в кубике не происходит накопление вещества и диффузионный поток компонента А в поры зерна равен количеству компонента А, уменьшающемуся в результате химического превращения:

Слайд 24


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Граничные условия: 1. При r = R0 С = С0 2. При r = 0 dС/dr = 0
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Граничные условия: 1. При r = R0 С = С0 2. При r = 0 dС/dr = 0

Слайд 25


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора для реакции первого порядка Наблюдаемая константа скорости превращения в рассматриваемом процессе
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора для реакции первого порядка Наблюдаемая константа скорости превращения в рассматриваемом процессе

Слайд 26


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Полнота участия внутренней поверхности зерна катализатора в процессе катализа существенно сказывается на наблюдаемой скорости процесса. Отношение наблюдаемой скорости превращения WН в зерне катализатора к скорости процесса, протекающего на его поверхности W(С0), называется степенью использования внутренней поверхности η
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Полнота участия внутренней поверхности зерна катализатора в процессе катализа существенно сказывается на наблюдаемой скорости процесса. Отношение наблюдаемой скорости превращения WН в зерне катализатора к скорости процесса, протекающего на его поверхности W(С0), называется степенью использования внутренней поверхности η

Слайд 27


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Степень использования внутренней поверхности η является характеристикой процесса, показывающей эффект влияния процессов массопереноса в пористом зерне на скорость превращения. Величина η зависит только от параметра φ и может меняться в пределах от 1 до 0. Чем меньше значение φ, тем полнее используется поверхность внутри пор.
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Степень использования внутренней поверхности η является характеристикой процесса, показывающей эффект влияния процессов массопереноса в пористом зерне на скорость превращения. Величина η зависит только от параметра φ и может меняться в пределах от 1 до 0. Чем меньше значение φ, тем полнее используется поверхность внутри пор.

Слайд 28


Анализ математической модели химического процесса в пористом зерне катализатора Когда размер частицы очень мал и R0  0, молекулы реагента легко достигают её середины, концентрация реагента мало меняется в глубине зерна катализатора и реакция внутри него протекает при концентрациях, близких к поверхностной. В таком случае проблемы переноса молекул практически не влияют на скорость процесса, а tg φ → 0
Описание слайда:
Анализ математической модели химического процесса в пористом зерне катализатора Когда размер частицы очень мал и R0  0, молекулы реагента легко достигают её середины, концентрация реагента мало меняется в глубине зерна катализатора и реакция внутри него протекает при концентрациях, близких к поверхностной. В таком случае проблемы переноса молекул практически не влияют на скорость процесса, а tg φ → 0

Слайд 29


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора При малых значениях φ наблюдаемая скорость перестаёт зависеть от условий процесса и определяется только кинетическими параметрами химического превращения. Следовательно, режим процесса – кинетический, а лимитирующая стадия – химическая реакция, протекающая с движущей силой С0, максимальной при данных условиях.
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора При малых значениях φ наблюдаемая скорость перестаёт зависеть от условий процесса и определяется только кинетическими параметрами химического превращения. Следовательно, режим процесса – кинетический, а лимитирующая стадия – химическая реакция, протекающая с движущей силой С0, максимальной при данных условиях.

Слайд 30


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Большие значения φ наблюдаются при крупных размерах частицы катализатора (велико R0) и в этом случае кинетический режим процесса наблюдается лишь на внешней поверхности частицы и на внутренней поверхности близ устья пор. По мере продвижения вглубь зерна всё большее значение приобретает транспорт молекул к поверхности катализатора и в определённый момент скорость диффузии молекул внутрь поры приобретает определяющее значение.
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Большие значения φ наблюдаются при крупных размерах частицы катализатора (велико R0) и в этом случае кинетический режим процесса наблюдается лишь на внешней поверхности частицы и на внутренней поверхности близ устья пор. По мере продвижения вглубь зерна всё большее значение приобретает транспорт молекул к поверхности катализатора и в определённый момент скорость диффузии молекул внутрь поры приобретает определяющее значение.

Слайд 31


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Условие, когда скорость процесса определяется скоростью эффективной диффузии, означает внутридиффузионную область протекания. Лимитирующей стадией является диффузия молекул внутри пор, а режим процесса – внутридиффузионный.
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Условие, когда скорость процесса определяется скоростью эффективной диффузии, означает внутридиффузионную область протекания. Лимитирующей стадией является диффузия молекул внутри пор, а режим процесса – внутридиффузионный.

Слайд 32


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Зависимость степени использования внутренней поверхности катализатора от модуля Зельдовича-Тиле
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Зависимость степени использования внутренней поверхности катализатора от модуля Зельдовича-Тиле

Слайд 33


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора В области низких температур) значения k (и φ) малы, процесс протекает в кинетическом режиме и КН совпадает с k, т.е. R0 и Dэф на скорость процесса не влияют. При высоких температурах величины k и φ имеют большие значения, tg φ≈0 и процесс протекает в внутридиффузионной области.
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора В области низких температур) значения k (и φ) малы, процесс протекает в кинетическом режиме и КН совпадает с k, т.е. R0 и Dэф на скорость процесса не влияют. При высоких температурах величины k и φ имеют большие значения, tg φ≈0 и процесс протекает в внутридиффузионной области.

Слайд 34


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Размер и форма зерна катализатора при кинетическом режиме на скорость процесса не влияет. Внутридиффузионная область наблюдается при больших значениях R0 и наблюдаемая скорости превращения обратно пропорциональна R0.
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Размер и форма зерна катализатора при кинетическом режиме на скорость процесса не влияет. Внутридиффузионная область наблюдается при больших значениях R0 и наблюдаемая скорости превращения обратно пропорциональна R0.

Слайд 35


Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Зависимость k (штриховая линия) и КН в пористом зерне катализатора от температуры Т (а) и размера зерна R0 (б)
Описание слайда:
Математическая модель химического процесса в пористом зерне катализатора Зависимость k (штриховая линия) и КН в пористом зерне катализатора от температуры Т (а) и размера зерна R0 (б)

Слайд 36


На практике зёрна катализатора имеют разнообразные формы: цилиндра, кольца, шарика и т.п. На практике зёрна катализатора имеют разнообразные формы: цилиндра, кольца, шарика и т.п. Известно, что в диффузионной области реакция сосредоточена в приповерхностном слое и концентрация исходного вещества уже у поверхности зерна катализатора уменьшается почти до нуля, поэтому наблюдаемая скорость превращения зависит от отношения площади наружной поверхности Fз от объёма зерна катализатора. Такое положение позволяет вместо радиуса частицы R0 применять приведённый размер зерна Rпр = Vз/Fз
Описание слайда:
На практике зёрна катализатора имеют разнообразные формы: цилиндра, кольца, шарика и т.п. На практике зёрна катализатора имеют разнообразные формы: цилиндра, кольца, шарика и т.п. Известно, что в диффузионной области реакция сосредоточена в приповерхностном слое и концентрация исходного вещества уже у поверхности зерна катализатора уменьшается почти до нуля, поэтому наблюдаемая скорость превращения зависит от отношения площади наружной поверхности Fз от объёма зерна катализатора. Такое положение позволяет вместо радиуса частицы R0 применять приведённый размер зерна Rпр = Vз/Fз

Слайд 37


Вывод: Вывод: температура благоприятно влияет на скорость превращения как в кинетическом, так и во внутридиффузионном режимах. Уменьшение размера зерна катализатора позволяет увеличить скорость превращения в диффузионном и переходном режимах, вплоть до перехода процесса в кинетический режим.
Описание слайда:
Вывод: Вывод: температура благоприятно влияет на скорость превращения как в кинетическом, так и во внутридиффузионном режимах. Уменьшение размера зерна катализатора позволяет увеличить скорость превращения в диффузионном и переходном режимах, вплоть до перехода процесса в кинетический режим.

Скачать

Похожие презентации
Mypresentation.ru
Загрузить презентацию