ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Каталитические процессы в нестационарных условиях из "Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов" В нашем сознании традиционно укоренилась мысль о том, что залогом высокой эффективности технологического процесса, и в частности химического, является постоянство во времени всех режимных характеристик. В производстве все характеристики старательно поддерживаются стабилизацией входных параметров с учетом многолетнего опыта и интуитивных соображений или на основе использования математических моделей отыскиваются оптимальные стационарные условия и в случае необходимости корректируется технологический режим. [c.302] Однако возможен и другой, принципиально отличающийся от стационарного подход к обеспечению оптимальных условий процесса - нестационарный , при котором входные условия изменяются во времени, например периодически. В такой ситуации возникают широкие возможности формирования полей концентраций, температур, давлений и состояний, которые в принципе невозможно получить при неизменных входных условиях. Только в частном случае нестационарного режима -когда скорости изменений входных параметров очень малы или вообще не изменяются за обозримый промежуток времени -реализуются стационарные или квазистационарные условия. Вот почему в нестационарном режиме достаточно часто можно создать условия, при которых эффективность процесса (в смысле, например, приведенных и капитальных затрат, производительности, избирательности, расхода энергии) выше, чем при неизменных условиях. [c.302] В последнее время появилось значительное число теоретических и экспериментальных работ, из которых следует, что для большого класса процессов можно создавать нестационарные режимы, значительно превосходящие по эффективности стационарные. К таким процессам относятся массо- и теплообмен, адсорбция, ректификация, сепарация твердых частиц на фракции, разделение смесей жидкости или газа на основании принципа динамической сепарации. Искусственно создаваемое пульсирующее горение твердого топлива приводит к интенсификации процесса окисления, улучшению теплообмена, уменьшению расхода энергии на тягу и дутье, позволяет работать при малых избытках воздуха или кислорода, снижает концентрацию оксидов азота, способствует хорошей очистке поверхности теплообмена. [c.302] Повышением степени турбулентности можно объяснить увеличение коэффициента теплопередачи в кожухотрубном теплообменнике, когда искусственно создаются пульсации потока жидкости на входе в аппарат. Из-за нелинейной зависимости высоты пены от скорости газа в дистилляционных колоннах пульсирующий поток создает большой объем пены, что увеличивает время контакта фаз, т. е. повышает эффективность процесса. [c.303] Другой причиной улучшения показателей работы массообменных аппаратов в нестационарном режиме является увеличение движущей силы. Суть этого эффекта для насадочных и тарельчатых аппаратов состоит в том, что при циклическом сливе жидкости со ступени (полном или частичном) и относительно быс фой замене ее свежей жидкостью режим на этой ступени приближается к режиму идеального вытеснения, обладающему максимально возможной движущей силой. Наиболее интенсивным режим работы аппарата будет тогда, когда время цикла примерно равно среднему времени пребывания жидкости на ступени. [c.303] Интересное применение нестационарные режимы нашли в сложных биологических системах оказалось возможным стабилизировать сосуществование двух конкурирующих популяций, в то время как в стационарных условиях одна из популяций погибает. [c.303] Переход к искусственно создаваемым нестационарным режимам для системы газ - твердое позволяет надеяться на значительную интенсификацию таких процессов, как обжиг руд в цветной металлургии, взаимодействие твердого материала с кислородом газовой фазы, где возбуждение системы производится варьированием начальной конценфации кислорода. [c.304] Еще один пример. При обратимом экзотермическом процессе в реакторе с неподвижным слоем катализатора температура монотонно растет по длине слоя катализатора и практически линейно зависит от степени превращения. Однако оптимальный режим требует понижения температуры с ростом степени превращения, чего нельзя достичь в адиабатических условиях процесса. Поэтому на практике процесс ведут в нескольких последовательно расположенных адиабатических слоях катализатора, между которыми каким-либо способом отводится тепло реакций. Как будет показано далее, в таких процессах с искусственно создаваемыми нестационарными условиями возможна организация режима, при котором температура будет понижаться с увеличением степени превращения, что позволит проводить обратимые процессы всего в одном слое катализатора. [c.305] Вернуться к основной статье