4.2. Оценка внутридиффузионного торможения напроцесс синтеза меламина

ламина были использованы данные экспериментов, результаты которых при-

ведены на рисунке 16. В представленной серии опытов проводился синтез ме-

ламина на у-А1203 с различным размером катализаторного зерна (d = 15-4-0,25

мм).

Схематическое изображение материального баланса для элементарного

объема поры катализатора представлено на рисунке 13.

Вследствие протекания химической реакции во всей массе крупного

зерна катализатора, внутри зерна создается градиент концентраций реагентов

и продуктов реакции. При этом эффективность восстановления катализатора

ниже той, которая была бы достигнута при равнодоступной внутренней по-

верхности.

50 0

300 340 380 420 460

Температура, °с

Рис. 15. Зависимость выхода меламина на у-AI2O3

Северодонецкого производства (образец № 3 )

от температуры и фракционного состава.

ПОТОК

dVKd а

иdamp;

Рисунок 16. Материальный баланс для объёма поры катализатора:

Для пористого катализатора можно записать дифференциальное уравне-

ние распределения концентрации реагента вдоль поры с учетом скорости ре-

акции [92]:

^ d2a2 da^ rjr.. .

=              (37)

при граничных условиях:

r=0da/dr=0

r~R              а=атах

где:

Л

Д, - эффективный коэффициент диффузии в порах катализатора, см /с;

da/dr, а - градиент степени превращения и степень превращения карбамида

в меламин в газе, см /см ;

R, г - радиус и текущий радиус зерна, см;

К - константа скорости реакции, 1/с;

f(а) - функциональная зависимость скорости реакции от степени

превращения реагента.

Подставляя уравнение скорости реакции [92] в уравнение (37), получим:

dr+rdraamax-a0(38)

dcc

Для интегрирования уравнения (38) введем новую переменную V = — .

dr

атаха0

Так как = •> то уравнение (38) преобразуется в систему дифференци-

альных уравнений:

с граничными условиями:

г=ОV=0 1

r = Rа = amax J

Система уравнений (39) решалась методом Рунге - Кутта. Результаты

расчетов представлены на рис. 17 в виде функциональной зависимости степе-

ни использования поверхности ? = 1 / mL от размера зерна катализатора, где

т=ЦК! Д .