Исследование процессов массообмена в стеклотканых каталитических системах

• Автор: Чуб, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 104 с. : ил.

Введение
Глава I. Обзор современных исследовании процессов массоперсноса на тканых носителях и каталитических системах, их применение в химической технологии и катализе.
1.1. Особенности и преимущества применения волокнистых и тканых катализаторов в химической технологии и катализе

1.2. Разновидности и некоторые свойства тканых каталитически активных материалов

1.3. Геометрические характеристики тканых материалов.

1.4. Исследование процессов массоперсноса в пористых системах

1.4.1. Общие закономерности процессов тепло и массообмена

1.4.2. Взаимосвязь между объектами и методами исследования массопсреноса в пористых системах.

1.4.3. Методы исследования массопереноса в каталитически активных системах

с химической реакцией на поверхности.

1.4.4. Выбор методов исследования массообмена с учетом особенностей тканых систем

1.5. Заключение и постановка задач диссертации.
Глава II. Исследования с помощью ЯМР спектроскопии процессов массопереноса при испарении жидкости со стеклотканей с различными плетениями.
2.1. Геометрические характеристики стеклотканей
2.2. Расчет коэффициентов тепло и массообмена на стеклотканом материале с помощью численного решения уравнений гидродинамической модели
2.2.1. Моделирование процесса теплообмена на стеклоткани с помощью уравнений гидродинамической модели.
2.2.2. Результаты моделирования и расчета гидродинамики и теплообмена при движении потока газа через пористый материал
2.3.Применение метода ЯМР спектроскопии для экспериментального исследования
процессов массообмена при испарении жидкости в поток сухого газа.
2.3.1. Экспериментальная установка и методика проведения экспериментов
2.3.2. Результаты экспериментальных исследований
2.4.Обработка экспериментальных данных на основе математической модели.
2.4.1. Математическая модель
2.4.2. Результаты расчетов и их обсуждение
2.5.3аключсние.
Глава III. Окисление СО на катализаторах, приготовленных на стеклотканых носителях с различными видами плетения.
3.1. Выбор уравнения реакции окисления СО.
3.2. Приготовление катализаторов на основе стеклотканей.
3.3. Изучение наблюдаемой кинетики реакции окисления СО на катализаторе, созданном на основе стекловолокнистого носителя
3.3.1. Условия проведения экспериментов
3.3.2. Результаты экспериментов
3.3.3. Сравнительный анализ моделей реакторов идеального смешения и идеального вытеснения
3.3.4. Определение наблюдаемых констант кинетической модели
3.4.Исследования, основных закономерностей процессов массообмена при проведении реакции окисления СО на стеклотканых катализаторах с различными типами плетений.
3.4.1. Условия проведения экспериментов
3.4.2. Результаты экспериментальных исследований.
3.4.3. Выбор модели лабораторного реактора для обработки данных эксперимента.
3.4.4. Метод расчета коэффициентов массообмена на стеклотканых катализаторах
различного плетения
3.5.Обсуждение результатов обработки экспериментальных данных.
З.б.Сравпсние коэффициентов массообмена, рассчитанных на основе экспериментальных данных по испарению воды и химической реакции на поверхности стеклоткани.
3.7.3аключение
Список литературы.
Список публикаций
Благодарности
Список основных обозначений
Обозначение Описание Единицы измерения
а Коэффициент температуропроводности мс
Л Размер транспортных каналов м
а Удельная поверхность м2м
С Коицетрация вещества в газовой фазе гм
с0 Начальная концентрация гм
ср Коэффициент теплоемкости Джмолькк
с, Концентрация вещества на поверхности Ом
а Диаметр нити м
Б Коэффициент диффузии вАг
а пол Диаметр волокна м
а.аракт Характерный размер м
Е Наблюдаемая энергия активации Джмоль
Р Единичная поверхность м
Ь Толщина ткани м
к Константа скорости реакции МО ЛЬсм Гса1 С1
к Константа скорости реакции мол Ьсматм2Гса с1
ко Предэкспоненциальный множитель константы скорости мОЛЬсмГсаГС
Ко Предэкспоненциальный множитель константы адсорбции Джмоль
кщ Коэффициент массообмсна мс
Ь Расстояние между элементарными волокнами м
М Массовый поток вещества Ос
ГОса Масса катализатора г
Прол Масса волокна единичной длины 0 6.5 мкм Ом
Пнт Масса нити единичной длины Гм
Шо5р Масса образца Г
тТХ Масса ткани на единицу геометрической поверхности гм
п Количество волокон в нити
,Ы Мольный поток вещества на входе и на выходе из реактора мольс
Р Давление атм
Я Тепловой поток Дж
Р Параметр, характеризующий теплоту адсорбции Джмоль
Поверхность стеклоткани по мг
Полная поверхность образца м
Т Температура К
Время с
и Линейная скорость потока мс
x, иу Составляющие вектора скорости но осям х и у м с
V Полный объем ткани м
Удельная скорость испарения гс,м
Т Скорость химической реакции гсм
X Степень превращения вещества
У со У со Мольные доли СО на входе и на выходе из мольмоль
реактора
Параметр уравнения
Координата м
Греческие символы
а Коэффициент теплоотдачи Втмс
5 Толщина пограничного слоя м
Порозность
Я Коэффициент теплопроводности ВтмК
И Коэффициент динамической вязкости Па с
у Коэффициент кинематической вязкости м2,с
р л Плотность стекловолокна Ггм
Р Плотность газа гм
г Время контакта с
Критерии подобия
у Критерий Шмидта
кт Критерий Шервуда
а Критерий Льюиса
V Критерий Прандтля
и 1характ у Критерий Рейнольдса
Введение


Главными направлениями исследований являются разработка новых методов экспериментального исследования процессов массообмена газового потока с поверхностью стеклотканей с учетом различий в плетениях стеклотканей, а так же в механизмах процессов массопереноса при испарении и химической реакции. Создание математических методов обработки экспериментальных данных и нахождение зависимостей вида ЯИ Не, Бс. Диссертация состоит, из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Объем диссертации составляет 3 страницы, включая рисунка и 6 таблиц. Список литературы составляет 8 наименований. Глава 1. Здесь приведен обзор литературных данных, касающихся многих фундаментальных и прикладных аспектов в исследовании и применении тканых материалов. Большой раздел литературного обзора посвящен анализу особенностей и преимуществ катализаторов с использованием в качестве носителей волокнистых и тканых материалов. Проводится обсуждение большого числа химических реакций и процессов, где уже используются тканые материалы и катализаторы на их основе, или где просматриваются явные перспективы их применения. Особое место в этой главе занимает обзор свойств, геометрических характеристик различных тканых материалов, а также области их возможного применения. Большая часть главы посвящена анализу процессов тепло и массообмена на различных объектах, в том числе пористых материалах и сетках. Обсуждаются экспериментальные методы исследования процессов тепло и массообмена во взаимосвязи с объектами, а также особенности исследования явлений массопереноса с участием химических реакций на поверхности объекта катализатора. На основе анализа литературных данных сформулированы наиболее актуальные задачи исследований по теме диссертационной работы. Глава 2. Этот раздел диссертационной работы посвящен исследованиям процессов массообмена при испарении жидкости, нанесенной на поверхность стеклотканей различного плетения, в поток газа. ЯМР спектроскопии для экспериментального определения скорости испарения жидкости с поверхности образцов, вовторых, результаты измерений, представленные в виде зависимостей удельной скорости испарения воды от линейной скорости конвективного потока сухого воздуха для различных по структуре тканей. Приводится подробное обсуждение данных эксперимента. Во второй части главы выписана математическая модель процесса массообмена потока газа с жидкостью, нанесенной на стеклотканый материал. Приводятся результаты обработки экспериментальных данных с использованием этой модели. Полученные зависимости коэффициента массообмена при ламинарном режиме течения представлены в виде критерия 5Л А Яе б,. В этой главе проведено также моделирование гидродинамики обтекания волокон ткани потоком газа с учетом взаимного теплообмена. Изучено распределение температуры и скорости фильтрующегося потока в структуре ткани в зависимости от начальной скорости потока, найдены значения коэффициентов теплообмена. На основании аналогии тепло и массообмена, рассчитаны коэффициенты массообмена. Глава 3 посвящена исследованиям, кинетики реакции окисления СО на стекловолокнистом катализаторе, и процессов массообмена с поверхностью стеклотканых. Математическая обработка экспериментальных кинетических данных позволила предложить вид кинетического уравнения реакции окисления СО, а его идентификация найти неизвестные кинетические параметры. Предложена методика проведения экспериментов, на основании которой исследованы процессы массообмена с катализаторами на стеклотканой основе при проведении химической реакции окисления СО. В исследованиях использовался Рбсодержащий катализатор, нанесенный на различные по структуре носители стеклоткани. Эксперименты проводились при изменении температуры реакции в диапазоне К и объемной скорости потока реагентов 1, 1. Результаты экспериментов представлены в виде зависимостей степени превращения СО от температуры и линейной скорости газового потока для четырех катализаторов с различным плетением стеклотканого носителя. Для обработки экспериментальных данных предложена математическая модель, учитывающая массообмен реагентов с поверхностью катализатора.