单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型(I)非理想体系反应-扩散模型的建立

基于力平衡和通量的观点,建立了多孔催化剂上非理想体系的反应-扩散模型.该模型综合考虑了非理想气体反应体系的热力学特性和各组分通量之间的相互耦合作用;此外,该模型可根据实际情况依次简化为常规意义上的尘气模型、广义Stefan-Maxwell模型和费克扩散模型.作为单颗粒催化剂上反应-扩散过程通用模拟软件开发的基础,该模型明显优于其他常规模型.     

单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型(Ⅰ)——非理想体系反应-扩散模型的建立

基于力平衡和通量的观点,建立了多孔催化剂上非理想体系的反应-扩散模型.该模型综合考虑了非理想气体反应体系的热力学特性和各组分通量之间的相互耦合作用;此外,该模型可根据实际情况依次简化为常规意义上的尘气模型、广义Stefan-Maxwell模型和费克扩散模型.作为单颗粒催化剂上反应-扩散过程通用模拟软件开发的基础,该模型明显优于其他常规模型.     

单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型(II)实例分析

在本文(I)报建立的非理想尘气模型和非理想广义Stefan-Maxwell模型的基础上,结合常规反应-扩散模型,以氨和甲醇合成为例,研究了反应物系的非理想性对单颗粒催化剂效率因子模拟结果的影响.这些模拟结果之间以及甲醇合成模拟值与实验值之间的对比分析表明:描述这两个反应体系催化剂颗粒上的反应-扩散问题,必须考虑反应物系的非理想性.对于氨的合成,非理想费克模型已足以近似描述颗粒内的反应-扩散过程;但对于以CO/CO2/H2为原料的甲醇合成,采用非理想广义Stefan-Maxwell模型或非理想尘气模型比较适宜.     

单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型(Ⅱ)实例分析

在本文(I)报建立的非理想尘气模型和非理想广义Stefan-Maxwell模型的基础上,结合常规反应-扩散模型,以氨和甲醇合成为例,研究了反应物系的非理想性对单颗粒催化剂效率因子模拟结果的影响.这些模拟结果之间以及甲醇合成模拟值与实验值之间的对比分析表明:描述这两个反应体系催化剂颗粒上的反应-扩散问题,必须考虑反应物系的非理想性.对于氨的合成,非理想费克模型已足以近似描述颗粒内的反应-扩散过程;但对于以CO/CO_2/H_2为原料的甲醇合成,采用非理想广义Stefa-Maxwell模型或非理想尘气模型比较适宜.     

受平衡约束的平行反应体系的催化剂粒内反应-扩散过程模拟

以甲烷化体系为例，研究了受平衡约束的平行反应的催化剂粒内状态。采用正交配置法求解催化剂的一维、二维反应－扩散非等温模型。模拟结果表明，由于甲烷化反应与变换反应交互作用，导致变换反应在催化剂粒内正、逆反应均存在。内扩散效率因子不能准确描述催化剂内表面利用率，应考虑粒内参数分布。     

汽-液两相反应精馏过程的反应-扩散模型与模拟计算——(Ⅰ)反应-扩散模型

本文根据汽-液两相的反应和传质、传热特征,结合两相界面的平衡性质建立了描述反应精馏过程实际板的反应-扩散(非平衡级)模型。从而避免了板效率取值问题和由此带来的计算不确定性。模型方程由汽-液两相质量衡算方程、焓衡算方程、汽-液相界面平衡关系式和组分浓度归一化方程等基础方程以及诸如有关的求算相间传质通量的特征方程组成。利用所提出的两组方程对汽-液两相反应精馏过程的实际板进行了模拟计算。     

亚氯酸盐-连三硫酸盐反应-扩散体系的前沿波失稳

本文研究了亚氯酸盐-连三硫酸盐反应-扩散体系的时空动力学失稳。以亚氯酸盐-连三硫酸盐的水溶液和凝胶介质体系,分别对反应动力学机理和反应-扩散系统动力学做出了详细研究。提出反应的动力学模型,系统考察了前沿波的稳定性,并对准二维空间中前沿波失稳所得到的横向波长、混合长度等特征值进行定量关系测定。最后根据反应-扩散模型计算出失稳状态,得到了与实验一致的结果。     

UNIFAC模型在非理想多组分扩散系数计算中的应用

引　言对于非理想体系的多组分扩散 ,由于各组分分子之间存在强烈的相互作用而导致许多“奇异”的扩散现象 ,如渗透扩散、扩散障碍和反向扩散等[1] ,进行扩散通量计算必须考虑热力学非理想性对扩散的影响 .基于不可逆热力学理论的多组分扩散的Max well Stefan方程采用热力学因子矩阵Γ描述非理想性对扩散的影响 ,已经广泛用于单相内扩散、相际传质、催化剂和吸附剂内扩散以及膜分离等有关扩散过程的研究[2 ,3 ] .估计热力学因子的主要困难在于各组分活度系数对组成导数的计算 .目前应用较成熟的活度系数模型 ,如基于局部组成概念的Wilson…     

非稳态非均相扩散反应模型及解法

非稳态非均相流体固体扩散反应模型具有较大的适应性.通常使用的收缩核心模型、两阶段模型和均相模型都是它的特殊情况.对于自钢渣中用碳酸钠和(或)碳酸氢钠溶液浸取钒的过程,考虑了波相双组份(CO_3~(2-) ,HCO_3~-及固相双组份(Ca(VO_3)_2,Ca(OH)_2)以及固体产物覆盖层对钒浸出率的影响,建立了模型方程.模型方程采用正交配置法和半隐态龙格库塔(Runge-Kutta)法求解,参数估算采用复合形法,计算结果和实验值符合良好.多相非催化流体固体反应的数学模型在广泛的领域内有重要的实用意义.对于这一类数学模型已有较好的综述文章.在冶金及其他工业上待提取的固相物料往往嵌布在惰性介质(脉石)上,体现在微观结构上较大的分散性,宜用体积反应的数学模型.     

A MODEL OF DIFFUSION - REACTION PROCESSES OVER A CATALYST PELLET FOR NON - IDEAL REACTION SYSTEM (Ⅱ) NUMERICAL SIMULATION EXAMPLES

在本文(I)报建立的非理想尘气模型和非理想广义Stefan-Maxwell模型的基础上,结合常规反应-扩散模型,以氨和甲醇合成为例,研究了反应物系的非理想性对单颗粒催化剂效率因子模拟结果的影响.这些模拟结果之间以及甲醇合成模拟值与实验值之间的对比分析表明:描述这两个反应体系催化剂颗粒上的反应-扩散问题,必须考虑反应物系的非理想性.对于氨的合成,非理想费克模型已足以近似描述颗粒内的反应-扩散过程;但对于以CO/CO_2/H_2为原料的甲醇合成,采用非理想广义Stefa-Maxwell模型或非理想尘气模型比较适宜.     

催化剂孔道结构设计及孔内反应-扩散耦合模拟

采用硬球-拟颗粒(HS-PPM)耦合方法并结合简化的集总反应模型,模拟了碳四(C4)烯烃催化裂解过程中反应物和产物在孔道内的反应?扩散耦合过程,提出了一种多级孔道结构可控设计方法,实现了对孔隙率、孔径和孔体积占比等参数的独立量化调控,建立了包含三种不同孔径分布的催化剂孔道模型并定义了量化参数对反应?扩散耦合进行表征。结果表明,各组分在复杂孔道内的扩散过程显著受限,反应?扩散耦合性能较差,导致催化剂总体性能降低,达不到本征动力学允许的高反应速率。提出的可控设计孔道模型结合HS-PPM耦合模拟方法有助于催化剂材料的孔尺度结构的设计。     

吸附-扩散模型应用研究

对吸附-扩散模型（ADM）溶质脱除率方程和溶液渗透通量方程进行数学简化,利用简化的吸附-扩散模型（ADM）对KCl溶液反渗透过程和络合醋酸铅溶液超滤过程进行模拟,结果表明简化的吸附-扩散模型（ADM）能较好地描述多孔膜的分离过程,简化模型参数的变化能够直观地反映膜分离规律。     

乳状液膜法提取钪的反应扩散模型

提出了一种促进迁移的反应扩散模型,该模型考虑了外相边界层、膜相扩散和界面化学反应同时控制的情况,并考虑了膜破裂的影响。用间歇式液膜提钪进行了定量验证。模型计算值与实验值符合良好,尤其是对迁移溶质浓度较低(<0.22mmol/L)的外相料液体系更为适用。     

改进的反渗透膜溶解-扩散模型及其验证

以反渗透膜溶解-扩散模型(SDM)为基础,考虑了溶质体积压力驱动项的影响,提出了改进的反渗透膜溶解-扩散模型(MSDM)。由方程的函数性质得到溶解-扩散模型中的参数B值随压力变化而变化,溶质脱除率随压力增大而增大,增大的幅度随压力增大而减小的结论。依据改进模型拟合的均方差在10?8～10?6之间,优于溶解-扩散模型(SDM)。由模型参数α值计算的Vs值与溶质摩尔体积真实值有些偏差,模型计算的溶质偏摩尔体积产生偏差的原因是参数α可能是一个与渗透通量、压力相关的函数。因而该模型可以作为一个半经验模型。     

模拟单颗粒催化剂上多组份反应扩散过程的通用软件的开发

本文在尘气传递模型的基础上,开发了在微机上实现的模拟单粒催化剂多组份多反应体系反应扩散过程的通用软件。它可用于横拟速率方程为任意形式的,扩散系数随温度、浓度变化的,不同形状颗粒、粒外有或无扩散效应时等温或非等温的反应扩散过程。本软件具有管理功能强、模型精度高、算法先进以及适用性广等特点,并配有彩色图形输出,是辅助催化剂设计和分析反应器性能的有效工具。     

多孔催化剂颗粒的内扩散效应对伴有失活的二级反应动力学的影响

采用正交配置等数学方法,研究在均匀独立失活的催化反应系统中,内扩散效应对等温球形催化剂失活速率的影响,建立适用于任何内扩散区域的二级反应、m级失活系统的失活有效因子和失活西勒模数的定量关系,对n级反应、m级失活系统也作了相应地推广.运用加压微反-色谱-数据处理机联合装置,通过分析在原颗粒丝光沸石催化剂上进行的临氢甲苯歧化反应的失活数据,研究了内扩散对二级反应失活动力学的影响规律.同时,在实验范围内,建立了一套内扩散存在下的甲苯歧化失活动力学模型.     

在Mo-Bi-Ce/SiO_2催化剂上丁烯-2氧化脱氢的内扩散影响

用玻璃流动外循环无梯度反应器研究了Mo—Bi—Ce/SiO_2催化剂上丁烯-2氧化脱氢的内扩散影响.确定了催化剂的有效因子,多孔催化剂的有效因子随反应温度的升高而减小.在内扩散区域的反应活化能为丁烯-2扩散活化能、动力学区域反应活化能的算术平均值.在内扩散区域的丁烯氧化脱氢生成丁二烯的选择性用经验式描述.     

多孔催化剂颗粒的内扩散效应对伴有失活的二级反应动力学的影响

采用正交配置等数学方法,研究在均匀独立失活的催化反应系统中,内扩散效应对等温球形催化剂失活速率的影响,建立适用于任何内扩散区域的二级反应、m级失活系统的失活有效因子和失活西勒模数的定量关系,对n级反应、m级失活系统也作了相应地推广.运用加压微反-色谱-数据处理机联合装置,通过分析在原颗粒丝光沸石催化剂上进行的临氢甲苯歧化反应的失活数据,研究了内扩散对二级反应失活动力学的影响规律.同时,在实验范围内,建立了一套内扩散存在下的甲苯歧化失活动力学模型.     

多孔催化剂效率因子的多组分扩散模型 (Ⅰ)多组分扩散模型及数值计算方法

本文按多孔催化剂内多组分分子扩散及努森扩散联合过程的特性,导出了描述等温球形催化剂内单一反应的反应物和产物浓度分布的二阶非线性常微分方程组.微分方程中各个反应组分的浓度梯度强烈相互耦合.在计算机上用打靶法求解此常微分方程组提出的两点边值问题,即可求得各个反应组分的浓度分布和催化剂效率因子的数值解.由于反应组分的有效扩散系数间的差异,催化剂内反应组分的组成变化之间的关系不再符合反应的化学计量关系.当内扩散过程的阻滞作用严重时,催化剂颗粒内会出现“死区”,死区内反应组分的浓度趋近于平衡浓度,实际上不再继续进行反应.存在死区时,使用此数学模型及解题方法可求出死区的半径及此情况下催化剂的效率因子.工业上常用的圆柱状催化剂按照相等比外表面积的球体处理.     

不规则形状A301氨合成催化剂内扩散有效因子

对于不规则形状A301氨合成催化剂,测定了其形状系数和球化的当量直径及高压下本征动力学方程,用SPSR法测定了不规则催化剂颗粒的曲折因子,根据多组分单一反应等温球形A301氨合成催化剂内反应-扩散-维模型,用正交配置法结合解非线性方程组的Broyden拟牛顿法求解了模型,获得了催化剂粒内各组分的浓度分布和催化剂的内扩散有效因子.利用所测得的高压下A301催化剂的总体速率对模型进行了检验,模型计算值和实验值吻合,表明球化模型和所得当量直径、曲折因子等模型参数可用于描述A30l催化剂内的反应-扩散过程及工程设计计算.