Diffusion, Strömung und Reaktionsgeschwindigkeit im Innern poröser Kontaktkörper

Abstract

In porösen Katalysatorkörnern konkurriert die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion an den „inneren”︁ Oberflächen mit der Diffusion der gasförmigen Reaktionspartner zu diesen Reaktionsorten hin. Bei nicht raumbeständigen Reaktionen überlagert sich dem Diffusionstransport eine (hydrodynamische) Porenströmung. Je nach den Geschwindigkeitsverhältnissen dieser miteinander konkurrierenden Vorgänge dringt die Reaktion bis ins Zentrum des Katalysatorkorns vor oder aber nutzt nur randnahe Schichten des Porengefüges für die Katalyse aus. Es stellt sich bezgl. der Konzentrationsverteilung im Korninnern ein stationärer Zustand ein. In der vorliegenden Untersuchung wird dieser Zustand unter isothermen und theoretisch auswertbaren Verhältnissen experimentell erfaßt. Als Modellreaktionen dienen die p‐o‐H2‐Umwandlung und der Methylalkohol‐Zerfall an Ni‐ und ZnO‐Kontakten verschiedenen Porengefüges. Insbesondere werden die Einflüsse des Gesamtdruckes, der Temperatur und von Fremdgaszusätzen auf den Nutzungsgrad poröser Katalysatorproben untersucht und die für die Transportvorgänge innerhalb des Porengefüges maßgebenden freien Diffusionsquerschnitte ermittelt.

Kinetics and mechanism of methanol decomposition over zinc oxide

“…Dohse [41] attributed the break in the Arrhenius plot to the occurrence of the consecutive steps chgoh chgo + ^ co + zh^ Wicke and Brotz [111] interpreted the lowering of the apparent activa tion energy as a transition from the chemical to the strong-pore dif fusion regime within the catalyst. Fuderer-Luetic and Sviben [45] attributed the variation in the activation energy, revealed on undoped and doped ZnO, to either a change in semi conductivity of the catalysts or a change in the controlling step of the overall methanol decomposi tion reaction.…”

Effectiveness Factors for Reversible Reactions

“…The simple first-order, reversible reaction in flat plate or spherical geometry has been treated by a number of authors: Boreskov (1947), Boreskov and Slinko (1952), Carberry (1962), Smith andAmundsen (1951), Wagner (1943), and Wicke and Brotz (1949). Schneider and Mitschka (1966a) recently calculated effectiveness factors for the same reversible reaction following the more general rate expression of Equation 2, but their results are couched in terms of parameters difficult to use for calculations and difficult to identify with physical meaning.…”

Diffusion in Beds of Porous Solids. Measurement by Frequency Response Techniques.

“…Thiele (10) addressed himself to the mathematical problem of simultaneous chemical and diffusion rate processes within catalyst pellets. Wicke with Brotz (11) and with Voight (IS) provided experimental verification for Thiele's equations and extended the theory to include three diffusional mechanisms. The early paper by Wilke and Hougen (IS) is representative of the considerable literature on the diffusion of matter from the particles in a bed to the fluid stream between the particles.…”