Optimal catalyst activity distribution and generalized effectiveness factors in pellets: Single reactions with arbitrary kinetics

1) Καταλυτικη Και Ηλεκτροκαταλυτικη Ενεργοποιηση Του Μεθανιου Προς Αιθανιο Αιθυλενιο Και Co2 Με Την Βοηθεια Ηλεκτροχημικων Τεχνικων. 2) Σχεδιασμος Και Παρασκευη Καταλυτων Με Μη-Ομοιομορφη Κατανομη Του Ενεργου Τους Συστατικου Και Εφαρμογη Τους Στην Μεγιστοποιηση Κ.Λ.Π.

“…Το μέγεθος των εξωτερικών περιορισμών στην μεταφορά μάζας και θερμότητας εκτιμάται κυρίως από τους συντελεστές μεταφοράς μάζας, Κ και μεταφοράς θερμότητας, h, αντίστοιχα. Οι τιμές των συντελεστών αυτών δίνονται απ' τις ακόλουθες σχέσεις: (271,274,276) ότι η άριστη κατανομή του καταλύτη προσεγγίζεται από μία δ-Dirac συνάρτηση. Θεωρητικές μελέτες (277) έχουν δείξει ότι για κάθε είδος αντίδρασης (απλή, παράλληλες, επάλληλες) υπάρχει μία άριστη θέση της ενεργής καταλυτικά φάσης, μέσα στην πελλέτα, που μεγιστοποιεί τον παράγοντα αποτελεσματικότητας.…”

“…Θεωρητικές μελέτες (277) έχουν δείξει ότι για κάθε είδος αντίδρασης (απλή, παράλληλες, επάλληλες) υπάρχει μία άριστη θέση της ενεργής καταλυτικά φάσης, μέσα στην πελλέτα, που μεγιστοποιεί τον παράγοντα αποτελεσματικότητας. Το βέλτιστο αδιάστατο βάθος S t είναι συνάρτηση ενός αδιάστατου μεγέθους Ω που εμπεριέχει τις θερμοδυναμικές και κινητικές παραμέτρους της αντίδρασης (271,274,276). Ηδη αναφέρθηκε ότι το Ω εκφράζεται και σαν συνάρτηση της βέλτιστης αδιάστατης συγκέντρωσης, u t , που μεγιστοποιεί τον ρυθμό της αντίδρασης: Ω = -^Ε!…”

“…Είναι δυνατόν να παρασκευασθούν επιφανειακές και υποεπιφανειακές κατανομές με πάχος της ζώνης του ενεργού συστατικού (Ag) που δεν ξεπερνά το 4% της διαμέτρου του κυλινδρικού φορέα (σχήμα VIII. 12) Το πάχος αυτό είναι το μεγαλύτερο αποδεκτό όριο (269), ώστε στην περίπτωση χρήσης των καταλυτών αυτών σε αντιδράσεις, να επιτυγχάνεται, η μεγιστοποίηση του παράγοντα αποτελεσματικότητας και της εκλεκτικότητας, σύμφωνα με τις προβλέψεις τις θεωρίας (271,274,276). Για την παρασκευή των υποεπιφανειακών κατανομών χρησιμοποιήθηκε σαν ανταγωνιστής κιτρικό οξύ.…”

“…Εδειξαν θεωρητικά, ότι ο καταλύτης με επιφανειακή κατανομή (egg-shell) είναι ο πιό αποτελεσματικός για μεγάλες τιμές του αριθμού Thiele, ενώ ο καταλύτης με υποεπιφανειακήκεντρική κατανομή είναι ο πιό αποτελεσματικός για μικρότερες τιμές του αριθμού σύγκριναν πειραματικά την συμπεριφορά καταλυτών με egg-shell και egg-white κατανομή στην ' αντίδραση της οξείδωσης του CO. Αυτοί βρήκαν, σύμφωνα με τις προβλέψεις της θεωρίας, ότι ο καταλύτης με egg-white κατανομή ήταν ο πιό ενεργός.Τέλος πιο πρόσφατα ο Wu και οι συνεργάτες του (284) μελέτησαν τις αντιδράσεις της υδρογόνωσης του C 2 H 4 και της μεθανίωσης του CO σε καταλύτες Pd/Al 2 0 3 και Ni/Al 2 0 3 αντίστοιχα. Βρήκαν δε ότι υπάρχει πράγματι για κάθε περίπτωση, όπως η θεωρία(271,274,276) προβλέπει, μία ιδανική θέση του φορέα στην οποία πρέπει να τοποθετηθεί το ενεργό συστατικό, για συγκεκριμένες συνθήκες, έτσι ώστε να μεγιστοποιηθεί ο παράγοντας αποτελεσματικότητας. Η θέση αυτή βρέθηκε, και στις δύο περιπτώσεις, να είναι υποεπιφανειακή, και να οδηγεί σε τιμές του παράγοντα αποτελεσματικότητας μέχρι και 20.…”

“…του ενεργού συστατικού αλλά και η διασπορά του (Πίνακας VIII.3), θα έτειναν στο μηδέν.Για παράδειγμα στην περίπτωση των καταλυτών που χρησιμοποιούνται στους καταλυτικούς μετατροπείς καυσαερίων, των αυτοκινήτων, τα ενεργά συστατικά Pt, Rh, Pd και Ce εναποτίθονται σε ζώνες συνολικού πάχους 100 μτη(278)(279)(280).Ο Morbidelli και οι συνεργάτες του (269) με την βοήθεια αριθμητικών υπολογισμών κατάφεραν να δείξουν ότι αν το πάχος της ζώνης αυτής είναι μικρότερο από το 4% των διαστάσεων του φορέα, ο παράγοντας αποτελεσματικότητας ελαττώνεται πολύ λίγο. Επομένως, στην πειραματική πραγματικότητα, είναι δυνατόν να παρασκευασθούν τέτοιοι καταλύτες και να οδηγήσουν σύμφωνα με τις προβλέψεις τις θεωρίας(271,274,(276)(277) σε μεγιστοποίηση του παράγοντα αποτελεσματικότητας και της εκλεκτικότητας. Σχηματικό διάγραμμα της πειραματικής συσκευής της οξείδωσης του C^H^ Η βαλβίδα αυτή χρησιμοποιήθηκε κυρίως για να είναι δυνατή η παράκαμψη του αντιδραστήρα με σκοπό την ακριβή ανάλυση των αντιδρώντων.…”