ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование процессов регенерации в неподвижном слое катализатора из "Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии" Изучению кинетики регенерации промышленных катализаторов от углеродистых отложений окислением последних кислородом воздуха посвящено большое число расчетных й экспериментальных работ. Несмотря на то, что ряд частных задач решен, общая математическая модель нестационарного и неизотермического процесса регенерации, удовлетворительно описывающая экспериментальные данные, как правило, не используется при расчете процесса. Кроме того, фо]рмулируя приближенные модели, авторы ряда работ делают неоправданные допущения. [c.304] в работе [И] автор исследует химический процесс, предполагая независимость скорости реакции от концентрации кислорода и температуры, что ни в коей мере не соответствует действительности. Естественным результатом произвольных допущений является плохая сходимость расчета и эксперимента, как это наблюдается в работе [4]. [c.304] В рассматриваемом случае число Пекле приближается к 10, что практически соответствует режиму идеального вытеснения. [c.305] При этих допущениях математическую модель рассматриваемого процесса можно представить системой уравнений материального и теплового балансов для элементарного объема трубчатого реакторного устройства. С этой целью выделим элементарный объем трубы, заполненный катализатором, на расстоянии от I до / + (И. Обозначим массовый поток кислородсодержащего газа с плотностью у г и теплоемкостью через Fo, текущую концентрацию кислорода в нем — С, содержание кокса на катализаторе — р, насыпную плотность катализатора — у, теплоемкость его —с,,, долю свободного объема в слое — е, сечение трубы — 8, температуру процесса — Т, скорость реакции, измеренную по кислороду и отнесенную к единице реакционного объема — ю, соотношение скоростей реакции по кислороду и коксу — Р, тепловой эффект реакции (положителен для эндотермического процесса) — д, коэффициент теплопередачи через стенку — к- , поверхность трубы на единицу длины ее слоя — 5 01 температуру наружного воздуха — Гн. [c.306] Для интегрирования системы (IX.20) необходимо выразить W в виде функции переменных С, р и Г. [c.307] Формально такое же уравнение справедливо и для внешнедиффузионного режима, так как в этом случае скорость процесса также пропорциональна объемной концентрации кислорода и не зависит от закоксованности катализатора. Однако если процесс протекает во внешнедиффузионной области, наблюдаемая константа скорости сильно зависит от гидродинамических условий и слабо — от температуры (см. главу VIII). [c.307] Характер зависимостей (IX.27) и (IX.29) близок. Для неизо-термического режима введение коэффициента (п), по-видимому, позволяет обеспечить лучшее совпадение рассчитываемых и экспериментальных данных и адаптировать модель. Поэтому применение более общего уравнения (IX.29) будет рассмотрено ниже для адиабатических реакторов. [c.308] Таким образом, система уравнений (IX.20)—(IX.22) с учетом соотношений (IX.27) или (IX.28), а также (IX.29) представляет математическую модель процесса выжигания кокса из слоя катализатора в двух различных кинетических режимах. [c.308] Общая математическая модель (IX.20) с условиями (IX.21) и (IX.22) может быть использована для исследования и расчета ряда регенерационных устройств. [c.308] Изотермические реакторы. Применение общей модели для расчета изотермических реакторов рассмотрено в работах [16, 181. [c.308] Система (IX.30)—(IX.32) может быть решена методом характеристик или вариантом этого метода, приведенным ниже. [c.309] Для области//Л 2 — т/Л 1 О получим решение, принимаято = 0. Подставляя это значение времени, а также значение р (/, 0) из (IX.31) в (IX.46), найдем, что бг = 0. Зная 62, из (1Х.46) находим решение. [c.311] Проиллюстрируем применение полученных соотношений для расчета регенерации слоя алюмосиликатного катализатора воздухом. Основываясь на данных работ [18, 19] можно определить отношения I q и р/ро как функции относительной длины реактора для различных моментов времени нри температурах от 500 до 650 0, характеризуемых различными константами скорости. [c.312] Результаты расчетов по уравнениям (IX.50) и (IX.51) представлены на рис. 1Х-3—1Х-5. [c.312] С увеличением коксоотложения на катализаторе концентрация кислорода по длине слоя падает быстрее, а время, требуемое для полной регенерации катализатора, возрастает. [c.312] Адиабатические реакторы. Использование общей модели (IX.20) позволяет производить расчеты и адиабатических реакторов. В режиме, близком к адиабатическому, работает большинство технических аппаратов с теплоизоляцией. Расчеты тепловых потоков через наружную стенку реакторов показывают, что при условиях высокотемпературной регенерации потери тепла вызывают снижение температуры реакционной смеси на величину, соизмеримую с ошибкой измерения (—5°). Проведенные в ряде работ [16—20] оценки изменения по длине адиабатического реактора теплот процессов, плотностей и теплоемкостей реагирующих веществ указывают на целесообразность учета такого изменения, если перепад температуры в реакторе не ниже 100 °С. [c.315] Начальные и граничные условия соответствуют (IX.21)— (IX.22), а ш в общем случае определяется уравнением (IX.29). [c.316] Выберем шаг fe, например, из условия h = ЫМ = 20 (где L— длина реактора). Обозначим EIR = В, / j = к , qki = к . [c.316] Вы71исления по этим формулам проводятся следующим образом. Известны Сро Сдо — Сд, Ррц ро ро оя Д лее по формулам (IX.52) вычисляют значения С, р, Т при д = 1 и р = О, 1, 2,. .ч затем при д = 2 и р = О, 1, 2,. .. и т. д. [c.317] Вернуться к основной статье