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催化反应器: 乙烯加氢

Overview

资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

乙烯的氢化 (c2h4) 对乙烷 (c2h6) 在表征新的金属催化剂时经常被研究为模型还原反应。1-2虽然支持镍不是最活跃的金属催化剂的反应, 它是积极的, 反应可以发生在 < 200 ° c。

反应通常涉及吸附, 离解氢 (H2) 与吸附乙烯反应。换言之, 氢原子和乙烯分子都与金属部位形成键 (此处表示 "S")。乙烯与 S 的强结合会使双键充分降低, 使得氢原子加入乙烯, 形成乙烷, 而这是不被吸附的。

本实验的目的是, 首先, 转换原始成分测量, 以限制反应物分数转换。3这些转换然后可用于塞流式反应器 (PFR), 以使数据符合标准幂律动力学模型的 "积分法"。3对乙烯和氢反应的实验顺序与理论指令的比较表明, 在这种情况下, 反应是动力学控制的, 而不是质量转移控制。

Procedure

该系统通过商用集散控制系统进行控制;只有一个操作员接口。

1. 反应堆启动

  1. 要启动 "实时进程历史记录" 视图, 请导航到 "开始 > DeltaV > 操作员 > 进程历史记录" 视图, 然后打开 "CATUnitOverview"。可以通过单击菜单栏上的按钮来压缩或扩展图表刻度。计算机上提供从控制系统将数据下载到 Excel 电子表格的过程。
  2. 一定要 sandbath 的空气。流量计应该读≈5或更高, 并保持恒定的运行, 以提供一致的暖气。
  3. 通过在 CAT 单元的面板上按下黑颜色的启动按钮, 使主电源 sandbath 加热器。
  4. 设置温度控制器 (TIC-10, 为 sandbath) 到期望的初始设定点, 模式为自动。在实验开始时使用快速加热, 请参阅附录 A。
  5. 温度可以在图表上监测。反应器出水流速应定期检查。如果问题, 如流量的损失或失控的温度发展,关闭两个反应物流使用适当的关闭阀和关闭所有加热器。离开 sandbath 的空气。

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Results

非线性回归得到最佳的估计 (使用商 8-9) 的反应顺序 m 和 n, 和速率常数 k, 可以是乏味的。这种求解算法要求每个数据点每迭代的 m 和 n 的一个数值积分, 导致成千上万的数值积分。一种替代技术, 几乎一样好, 但更少的计算昂贵, 是制定试验对 m, n 的基础上的结构, Eq. 6。在理论指令范围之内的任何值肯定是可能的。然后制定一个目标函数的类型:

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Application and Summary

本文所描述的方法在大多数关于动力学和反应器设计的著作中被称为 "积分法"。3虽然在数学上比差分方法更难应用, 但它也更适于分析在大多数先导级反应器系统中容易获得的数据类型, 其中反应物和产品的分压和分数转换可以在宽范围内变化。因为我们不依赖于间歇反应堆或低反应物转换, 这样的 "整体数据" 也更准确和相关的扩大。该方法的第一部分是将流量和成分测量的原?...

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References
  1. O. Beeck, Discuss. Faraday Soc.8, 118 (1950).
  2. J.B. Butt, AIChE J22, 1 (1976).
  3. H.S. Fogler, "Elements of Chemical Reaction Engineering," 4th Ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, 2006, Ch. 2-4; O. Levenspiel, "Chemical Reaction Engineering," 3rd Ed., John Wiley, New York, 1999, Ch. 4-6; C.G. Hill, Jr. and T.W. Root, "Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design," 2nd Ed., John Wiley, New York, 2014, Ch. 8.
  4. B. Peri, Discuss. Faraday Soc., 41, 121 (1966).
  5. Basic chemical kinetics - Fogler, Ch. 3, Levenspiel, Ch. 2, Hill and Root, Ch. 3.
  6. N. Bartknecht, "Explosions: Course, Prevention, Protection", Springer-Verlag, 1981.
  7. G.F. Froment, K.B. Bischoff and J. De Wilde, "Chemical Reactor Analysis and Design," 3rd Ed., John Wiley, Hoboken, Ch. 11.
  8. J.R.H. Ross, "Heterogeneous Catalysis: Fundamentals and Applications," Elsevier, Amsterdam, 2012, Ch. 8.
Tags
Catalytic ReactorHydrogenationCatalystsReaction RateActivation EnergyHomogeneous Catalytic ReactionsHeterogeneous Catalytic ReactionsSolid CatalystsNano scale EntitiesSupport MaterialAdsorptionActive SiteDesorptionGas phase ReactionsTransition Metal NanocrystalsLangmuir Hinshelwood Mechanism

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0:07

Overview

1:30

Principles of Heterogeneous Catalysis

2:38

Principles of Catalytic Reactor Design

3:57

Reactor Start-up

5:04

Reactor Operation and Shut Down

6:22

Results

7:12

Applications

8:32

Summary

此集合中的视频:

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