كاربرد كاتالیزورهای متخلخل در صنایع شیمیایی

مقدمه

كاتالیزورهای متخلخل در صنعت شیمیایی دارای استفاده و كاربرد وسیعی می باشند. واكنشها در یك سیستم منفذ (سوراخ ریز) انتقال داده می شوند و واكنش نشان می‌دهند، و محصولاتی كه تشكیل می شوند خارج از یك گنداله (ساچمه pellet) كاتالیزور انتقال جرم انتجام می شوند. انتقال جرم چند جزئی (دارای چند جزء سازنده) از میان یك گنداله كاتالیزور نقل و انتقال می یابند و دارای ساختار منفذ داخلی بسیار پیچیده ای می باشند، بنابراین می بایست به شرح آنها بپردازیم. مدلهای متعدد و نظریه های متعددی انتشار یافته است كه به رابطه بافت محكم اسفنجی با انتقال جرم و ویژگیهای واكنشی محیطهای اسفنجی می پردازد. این مدلها بر طبق فرضیات مربوط به ساختار داخلی محكم این بافت اسفنجی، می توانند به دو گروه طبقه بندی شوند. Wakao و [1] Smith، برای گنداله ها یا ساچمه هایی با یك سیستم منفذ دو سویه، مدل منفذ نامرتب (بی نظم) را توسعه دادند. آنها فرض نمودند كه گنداله‌ها یا ساچمه ها شامل ذرات فشرده با منفذهای زیر می باشند. Mann و
[2] Thomson، مدل شده به منفذهای ریز بن بست وجود دارد. Johnson و [3] Stewart و Feng و [4] Stewart یك مدل جامد (محكم/ Solid) اسفنجی را بكار گرفتند كه منفذها بطور تصادفی (نامنظم) جهتدار و به حالت زنجیری و به هم پیوسته می باشند. این مدلها به گروه مدلهای پیوستار یا زنجیره ای تعلق دارند. این مدلها دارای كاربرد آسان و كاملاً دقیق می باشند و این كاربرد آسان در صورتی می باشد كه یك بافت محیط اسفنجی در طی واكنش های شیمیایی، دستخوش تغییرات مهم نشود. با این وجود، اگر تغییرات مهمی در اتصال یافتگی منفذها، در روزن گیری منفذها، و قطعه ها حاصل شود، این مدلها مناسب نخواهند بود.

...

كاربرد مدلهای منفصل، نیازمند زمانهای محاسبه‌ای بسیار زیاد می‌باشد. در مطالعات مهندسی كه مدل‌سازی‌های مفصل از رابطه‌های میان بافت محكم (جامد) اسفنجی و ویژگیهای جابه‌جایی یك شبكه منفدی مورد توجه ابتدایی و اصلی قرار نمی‌گیرد، بنابراین به نظر می‌رسد كه مدل‌های پیوستار و زنجیره‌ای ساده‌تر ، مفید‌تر باشند. برای نمونه، Serbezor و  DGM, [IV-19] sotirchos   را بكار گرفتند تا فرآیندهای دینامیك را در لایه‌های جذب سطحی شرح دهند. (جذب نوسان فشار). امروزه، سه مدل استاندارد برای شرح جابه‌جایی ترلیك یافته از تركیبهای چند گانة گازدار قابل دسترس است. مدل DGM [12] . این مدلها بر اساس توصیفات اصلاح یافتة [22] stafan-maxwell دربارة نشت اند جزئی در منفذها و بر اساس معادلة‌Darcy دربارة نشت از منفذها، پایه‌ریزی شده‌اند.

اهداف این مدلها این است كه همانندسازی یك واكنش واسطه ای نامتقابل (ناهمگون) را در یك كاتالیزور اسنفنجی، تحت وضعیتهای غیر ثابت اجرا نماید، و پدیدة پیچیدة را در داخل جسم منفذ توضیح دهند. همچنین بر اساس این همانند سازیها، وضعیتهای مناسب برای مقایسه آزمایش‌ها و همشكل‌سازی‌ها ( همانند سازیها) پیشنهاد خواهد شد، به نحوی كه اجرای كار مدلهای منفذ كاتالیزور می‌تواند مورد ارزیابی قرار بگیرد. واكنش آب با مونواكسید كربن در یك كاتالیزور صنعتی بر مبنای مس (cu/z, ICI 52-1) ، به عنوان سیستم مدل بكار برده می‌شود.