A lumped parameter approximation to a general model for catalytic reactors

Authors


Abstract

Consideration ig given to the solution of the highly exothermic fixed bed catalytic reactor problem taking into account heat and mass transfer resistances inside the catalyst pellets and across the external fluid film, as well as radial temperature and concentration gradients in the fluid phase. Even on large digital computers, the computation time is excessively long if the sets of differential equations are solved simultaneously. By considering the intra-particle equations in detail, it is shown that they may be reduced to a lumped parameter form which permits rapid evaluation of an effectiveness factor. The functional dependence of this effectiveness factor is determined primarily by the external film resistance. While still retaining the characteristics of the general problem, the lumped parameter approximation may be solved in a substantially shorter time, thus permitting its use in optimization and control studies.

Abstract

On étudie la solution du problème que présente un réacteur catalytique à lit fixe et fortement exothermique, en tenant compte des résistances au transfert de chaleur et de masse à l'intérieur des pastilles du catalyseur et en travers de la pellicule externe du fluide, ainsi que des gradients de température et de concentration dans la phase fluide. Même lorsqu'on utilise des gros calculateurs numériques, les calculs exigent un temps trop considérable, si l'on résout simultanément les séries d'équations différentielles. En étudiant en détail les équations entre les particules, on voit que ces équations peuvent être réduites à la forme d'un paramètre global qui permet une évaluation rapide d'un facteur d'efficaeité. On détermine la dépendance fonctionnelle du dit facteur d'efficacité surtout par la résistance de la pellicule extérieure. Tout en retenant les caractéristiqueg du problème général, on peut résoudre dans bien moins de temps l'approximation du paramètre global, ce qui permet de l'utiliser dans les études d'optimisation et de contrôle.

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