氨合成及中温变换催化剂内表面利用率计算的数值解

催化剂颗粒内反应组分的传质过程,对于许多工业生产条件下气——固相催化反应速率的影响不容忽视。颗粒催化剂内表面利用率(或效率因子)的计算是计算宏观催化反应速率的主要组成部分。如果处于等温状况的球状或平板状催化剂上进行的反应是一级反应,则表征催化剂内反应组分浓度分布的微分方程是二阶线性齐次常微分方程,有解析解,内表面利用率从而可以迅速求得。如果反应不是一级反应,例如氨合成、一氧化碳中温变换等催化反应以幂函数形式表示的动力学方程,则浓度分布方程是非线性常微分方程,无解析解。在此情况下,常用的方法是将动力学方程简化为一级反应而求得近似解。本文采用的方法是将二阶非线性常微分方程转换成一阶常微分方程组,在电子计算机上用打靶法求解此微分方程组的边值,从而求得催化剂内反应组分的浓度分布及内表面利用率的数值解,并按照典型的工业生产条件,将数值解及近似解的计算结果进行了比较。