Тюменские и новосибирские химики построили геометрическую и математическую модель картриджа со стекловолоконными катализаторами.
Подавляющее большинство химических процессов требуют применения катализаторов. Сегодня на рынке представлено несколько сотен видов этих наукоемких продуктов. Катализаторы критически важны в процессах нефтепереработки. В целях импортозамещения вопрос создания и разработки российских катализаторов становится чрезвычайно актуальным.
Перспективное решение в этой области — применение структурированных каталитических систем с использованием катализатора на основе микроволокнистых носителей, изготовленных в виде полотен из стеклянных, минеральных, керамических, углеродных, полимерных и других микроволокон.
Статья «CFD-моделирование структурированных картриджей со стекловолоконными катализаторами» химиков ТюмГУ и Института катализа имени Борескова (Новосибирск) вышла в журнале «Исследования и проектирование в области химической инженерии». Ученые определили, что активные компоненты для таких катализаторов могут быть выбраны из широкого диапазона различных благородных металлов или оксидов переходных металлов, в зависимости от требований конкретного процесса. Наиболее широко используемыми и хорошо изученными катализаторами на основе микроволокна являются катализаторы из стекловолокна (GFC).
Такие катализаторы продемонстрировали отличные характеристики в реакциях глубокого окисления углеводородов, органических и галогенорганических соединений и так далее. К особенностям микроволокнистых катализаторов можно отнести их оригинальную геометрическую форму, высокую механическую прочность и гибкость, а также возможность организации структурированных систем различной геометрии и размеров, что позволяет реализовать принципиально новые варианты каталитических процессов.
Ученые убеждены, что помимо экспериментальной работы, необходимы современные передовые методы моделирования, в том числе основанных на численном гидродинамическом моделировании (CFD). Такие методы стали очень эффективным инструментом для теоретических исследований различных каталитических систем таких как монолиты, пены, сетчатые блоки. Хотя такие работы уже широко используются применительно к другим каталитическим формам, опыт CFD-исследований микроволокнистых катализаторов минимален. В результате построенная учеными модель оказалась достаточно сложной, а процедура ее моделирования ресурсоемкой.
Проведенные работы подтвердили, что текущая модель применима для исследовательских целей. Совокупность результатов позволила ученым считать предложенную модель проверенной, требующей дальнейшего совершенствования параметров на основе более широкого массива экспериментальных данных.
Предложенная модель может быть использована для оптимизации конструктивных параметров существующих картриджей GFC, а также для разработки новых конструкций структурированных систем на основе GFC для различных практических приложений. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания для Института катализа имени Борескова и Тюменского государственного университета.