Averaging of the model of a chemical process in a catalyst layer with a spherical grain

The article presents a comparative analysis of models of a non-stationary chemical process using the example of burning coke sedimentation from a catalyst layer with a spherical grain. The first model is obtained by averaging the heat conductivity equation for a spherical catalyst grain. The second is the averaging of the entire grain model, including the diffusion-reaction equations. The comparative analysis showed good consistency of the results under conditions of low concentrations of reagents, small catalyst grains and high process temperatures with a significant reduction in calculation time for the first model. It was found necessary to take into account intradiffusion inhibition at the case of a high reagent concentrations. It causes the occurrence of a concentration gradient along the radius of the catalyst grain at the initial stages of the process. В статье представлен сравнительный анализ моделей нестационарного химического процесса на примере выжига коксовых отложений из слоя катализатора со сферической формой зерна. Первая модель получена осреднением уравнения теплопроводности для сферического зерна катализатора. Вторая - осреднением всей модели зерна, включая уравнения диффузии-реакции. Сравнительный анализ показал хорошую согласованность результатов в условиях низких концентрациях реагентов, малом зерне катализатора и высоких температурах течения процесса при существенном сокращении времени расчета для первой модели. При высоких концентрациях реагента выявлена необходимость учета внутридиффузионного торможения, обуславливающего возникновение градиента концентраций по радиусу зерна катализатора на начальных этапах процесса.