Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
B настоящее время широко применяются пористые гранулы катализаторов для осуществления гетерогенных каталитических реакций. В таких процессах при характерном диаметре гранулы порядка 1 см удельная площадь поверхности пористого носителя достигает величин порядка 100 м2 на грамм гранулы. Для осуществления каталитических процессов в пористых гранулах необходимо, чтобы исходные реагенты достигли активной поверхности пористого носителя, а продукты реакции покинули ее. Такой обмен осуществляется посредством массопереноса между твердой пористой гранулой катализатора и контактирующим с ней газом или жидкостью. Так как каталитические реакции, как правило, протекают либо с выделением, либо с поглощением тепла, то важно учесть также теплоперенос. Весь путь переноса реагентов и продуктов может, а также тепла быть подразделен на две части:
Так как в случае гетерогенных каталитических реакций существенны свойства внешней реакционной смеси в непосредственной близости от твердой внешней поверхности гранулы, то теория переноса вещества на первой части пути строится, как правило, в приближении пограничного слоя [1, 2]. Причиной возникновения пограничного слоя является то, что внешняя реакционная смесь, обтекающая пористую гранулу катализатора, прилипает к внешней поверхности последней. Он затрудняет массо- и теплообмен между пористой гранулой катализатора и внешней реакционной смесью. Актуальной проблемой является для подбора оптимального катализатора для конкретных химических реакций исследование условий массо- и теплопереноса между гранулой и набегающим на нее потоком реакционной смеси. Некоторые аспекты, связанные с анализом подбора оптимальных условий реализации химических процессов в пористых гранулах катализатора, были проанализированы в работах [3–7].
В данной работе рассмотрен поток сплошной несжимаемой среды (жидкости или газа), обтекающей пористые гранулы катализатора сферической, цилиндрической или пластинчатой форм и содержащей вещества, участвующие в каталитических реакциях. Анализ выполнен в приближении пограничного слоя с целью получения аналитических соотношений, связывающих концентрации реагентов и температуру в ядре потока несжимаемой реакционной смеси с их значениями на внешней поверхности гранулы.
Следует отметить, что перенос вещества в движущейся среде обусловлен двумя различными механизмами. Во-первых, частицы растворенного в жидкости (или газе) вещества увлекаются течением в процессе движения сплошной среды. С другой стороны, при наличии градиента концентрации, перенос вещества происходит также за счет диффузии. По аналогичным же механизмам осуществляется и перенос тепла. На малом расстоянии от гранулы происходит уменьшение скорости потока до нуля на ее внешней поверхности. Предположим, что распределения скорости потока, концентраций реагентов и температуры в пограничном слое зависят только от расстояния до внешней поверхности пористых гранул. В этом случае можно считать, что жидкость (или газ) в порах является неподвижной и, следовательно, пористость не оказывает значительного влияния на характеристики пограничного слоя. Также будем полагать, что в пограничном слое для описания переноса каждого из реагентов можно пользоваться законом Фика с эффективным коэффициентом диффузии вещества в данном слое, а перенос тепла подчиняется закону Фурье.
Проведенный в данном исследовании анализ позволил выяввить основные закономерности воздействия через турбулентный пограничный слой на протекание каталитических реакций в пористых гранулах катализатора различных геометрических форм с целью повышения их эффективности и производительности. Полученные результаты могут быть использованы для решения вопросов интенсификации конкретных каталитических процессов.
