Эффективный коэффициент теплопроводности зерна катализатора,

Задание 4. Исследование массопереноса в неизотермическом зерне катализатора

Провести математическое моделирование процесса окисления метанола в формальдегид в сферическом зерне катализатора при следующих допущениях:

· влияние внешней диффузии незначительно, т.е. скорость переноса реагентов к поверхности и отвода продуктов в поток значительно превышает скорость реакции на поверхности;

· влияние внешнего теплопереноса незначительно, т.е. скорость переноса тепла из потока к поверхности или от поверхности к потоку значительно превышает тепловыделение в результате реакции на поверхности зерна,

Эти допущения верны при заданных ниже значениях α и β.

Маршруты реакции :

1.0CH₃OH+0.5O₂=1.0CH₂O+1.0H₂O

1.0CH₂O+0.5O₂=1.0CO+1.0H₂O

Кинетические выражения скоростей реакции:

W₁ = k₁ C_CH3OH

W₂= k₂ C_CH2O

k_j = k_0je^-Ej/(RT),

где T – температура, К, С_CH3OH, C_CH2O – концентрации веществ, моль/м³, W_j – мольная скорость j-й реакции, моль/(м³_зернас).

 

Параметры:

Значения кинетических параметров:

k₀₁ = 4.45×10⁴ с^-1, E₁ = 9.73×10³ кал/моль, Q₁ = 37420 кал/моль

k₀₂ = 2.54×10² с^-1, E₂ = 6.75×10³ кал/моль, Q₂ = 56520 кал/моль

k_0j – предэкспоненциальный множитель j-й реакции, E_j– энергия активации j-й реакции, Q_j – тепловой эффект j-й реакции

Радиус зерна катализатора, R_p – варьируется (значения приведены ниже)                      

Температура в потоке, T₀ = 360^оС

Плотность газовой смеси, ro = 0.55 кг/м³ (при 360^оС и 1 атм)

Теплоемкость зерна катализатора, C_с = 3.58×10²  ккал/(м³К)  

Эффективный коэффициент диффузии метанола в зерне катализатора,

D_e = 5.37×10^-5 м/с.

Эффективный коэффициент теплопроводности зерна катализатора,

λ_e = 0.01 кал/(м с К)         

Коэффициент теплообмена между поверхностью зерна и потоком,

α = 1200 кал/(м² с К)

Коэффициент массообмена между поверхностью зерна и потоком,

β = 50 м/с

Мольные доли веществ в потоке (Помните, что в COMSOLе расчет ведется в весовых долях):

wCH3OH_0 – 5.85×10^-2, wCH2O_0 – 0.0, wH2O_0 – 0.0, wO2_0 – 1×10^-1, wCO_0 – 0.0, wN2_0 – 84.15×10^-2.

Время процесса 950 с.

 

Необходимо:

1. Выписать значенияконцентрации метанола в мольных долях и температуры в центре и на поверхности зерна, а также степени использования зерна катализатора при следующих значениях диаметра зерна: 0.1, 0.5, 1, 2, 4, 6, 8 (мм).

2. Построить зависимость степени использования от параметра Тиле y = R_p , где k₁ – значение константы скорости первой стадии при 360⁰С.

 

 

Задание 5. Исследование массопереноса в изотермическом зерне катализатора с учетом внешней диффузии

Провести математическое моделирование процесса окисления метанола в формальдегид в сферическом зерне катализатора при следующих допущениях:

· влияние внешнего теплопереноса незначительно, т.е. скорость переноса тепла из потока к поверхности или от поверхности к потоку значительно превышает тепловыделение в результате реакции на поверхности зерна;

· изотермичность зерна катализатора, т.е. сопротивление теплопереносу в зерне катализатора незначительно.

Эти допущения верны при заданных ниже значениях λ_e, и α.

Маршруты реакции :

1.0CH₃OH+0.5O₂=1.0CH₂O+1.0H₂O

1.0CH₂O+0.5O₂=1.0CO+1.0H₂O

Кинетические выражения скоростей реакции:

W₁ = k₁ C_CH3OH

W₂= k₂ C_CH2O

k_j = k_0je^-Ej/(RT),

где T – температура, К, С_CH3OH, C_CH2O – концентрации веществ, моль/м³, W_j – мольная скорость j-й реакции, моль/(м³_зернас).

 

Параметры:

Значения кинетических параметров:

k₀₁ = 4.45×10⁴ с^-1, E₁ = 9.73×10³ кал/моль, Q₁ = 37420 кал/моль

k₀₂ = 2.54×10² с^-1, E₂ = 6.75×10³ кал/моль, Q₂ = 56520 кал/моль

k_0j – предэкспоненциальный множитель j-й реакции, E_j– энергия активации j-й реакции, Q_j – тепловой эффект j-й реакции

Радиус зерна катализатора, R_p – варьируется (значения приведены в вариантах расчета)                    

Температура в потоке, T₀ = 360^оС

Плотность газовой смеси, ro = 0.55 кг/м³ (при 360^оС и 1 атм)

Теплоемкость зерна катализатора, C_с = 3.58×10²  ккал/(м³К)  

Эффективный коэффициент диффузии метанола в зерне катализатора, D_e задан в п. а) и б) задачи.

Эффективный коэффициент теплопроводности зерна катализатора,

λ_e = 7.2 кал/(м с К)     

---

Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 123; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!