ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реализация нестационарное в технологических схемах из "Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов" Выше были рассмотрены основные свойства теплового фронта в неподвижном слое катализатора. В частности, показано, что время формирования теплового поля, близкого по своим характеристикам к тепловому фронту в слое, существенно зависит от начальных условий. [c.316] Рассмотрим работу нескольких возможных технологических схем, по которым реализуются нестационарные режимы, осуществляемые в тепловых волнах. [c.317] Схема 2. Недостатком схемы 1 является то, что при медленном срабатывании или неплотном закрытии арматуры возникает проскок исходной реакционной смеси мимо слоя катализатора. Это может снижать среднюю за цикл степень превращения на выходе из реактора. Такой недостаток удается преодолеть, расположив вслед за основным слоем катализатора А у дополнительный слой Л2 (рис. 6.18), на котором будет превращаться непрореагировавшая в слое А часть исходных веществ. [c.317] Во время переключения заслонки / и 2 какое-то время остаются открытыми, и исходная реакционная смесь, минуя слой Ау, попадает на предварительно нагретый слой А2. За это время волна 1 сместится в слое А2 до положения йз (см. рис. 6.18, б). После того как переключение завершено, реакционная смесь практически полностью подается в слой А . Тепловой фронт ау будет перемещаться в направлении фильтрации до положения а (см. рис. 6.18, в). При этом слой А2 будет нагреваться. После этого происходит переключение газовых потоков - реакционная смесь допревращается в слое А , и цикл повторяется. Заметим, что второй слой катализатора А2 работает в условиях периодически изменяющихся входной температуры, концентрации и нагрузки. [c.318] Пуск реактора по данной схеме производится следующим образом. На предварительно разогретый слой катализатора исходная реакционная смесь с низкой входной температурой подается через заслонку 2 (заслонка 1 закрыта). В центральной части слоя (А1) и в крайней части (А2) возникают тепловые волны (О] и Ь соответственно), которые движутся в направлении фильтрации реакционной смеси. Направления газовых потоков в частях слоя указаны непрерывными стрелками (см. рис. 6.21, а). Через некоторое время (время полуцикла) тепловая волна щ займет положение 02, а волна 1 - положение 2 (см. рис. 6.21, б). В это время заслонка 1 открывается, а заслонка 2 закрывается. Это приводит к разделению теплового пика Д2 на две тепловые волны. Одна из них будет распространяться по центральной части слоя (/ 1), а вторая - по крайней части (слой А ). Направления распространения тепловых волн совпадают с направлениями фильтрации смеси в слоях и показаны стрелками (см. рис. 6.21, б). Через время полуцикла тепловая волна 02 займет вновь положение О) (см. рис. 6.21, а). После этого цикл повторяется. При такой организации процесса центральная часть слоя работает в режиме переменных направлений фильтрации реакционной смеси, а тепло, вьщеляющееся в этой части, служит для попеременного нафева слоев А2 и Ау Крайние части слоя работают периодически в режиме нафева или формирования и вытеснения тепловой волны. Через несколько переключений во всех частях слоя устанавливаются периодически повторяющиеся температурные и конценфационные поля. [c.321] Расчеты были выполнены при следующих значениях параметров у = 400 а = р = 35 с ДТ оп) = 10 сГоп = 400 °С А. = 5 Ю З с. [c.322] Существенное различие между условиями работы центральной и крайних частей заключается в том, что высокотемпературные режимы в слое I обеспечиваются запиранием в нем части тепла, а в слоях И и III - за счет периодического нагрева начального участка до высоких температур (см. рис. 6.21). [c.322] При расчетах прежде всего решалась задача определения диапазона адиабатических разогревов, в котором возможно реализовать устойчивые высокотемпературные режимы во всех частях слоя. Численные расчеты, представленные на рис. 6.22, позволяют оценить этот диапазон. При увеличении адиабатического разогрева степень превращения в центральной части слоя практически не изменяется (линия /), но заметно возрастает в крайних частях слоя II и III (линия J). Это обусловлено ростом количества высокопотенциального тепла, периодически вытесняемого из центральной части в слои II и III. При адиабатических разогревах(75ч-90 °С) в крайних частях удается реализовать высокотемпературные периодические режимы. Можно добиться сокращения времени формирования тепловой волны в крайних частях слоя, вытесняя из центральной части максимальное количество тепла. Одновременно это позволяет уменьшить и объемы катализатора, но возникает опасность в центральной части свести на нет формирование тепловых волн. [c.322] Г]ри времени полуцикла больше 42 мин происходит затухание процесса в центральной части слоя, и, как следствие, во всем реакторе устанавливается температура, равная входной. В интервале t = 28-42 мин реализуются высокотемпературные режимы во всех частях слоя. Средняя степень превращения незначительно зависит от времени полуцикла. [c.323] Помимо указанных факторов существенное влияние на среднюю степень превращения оказывает скорость фильтрации реакционной смеси (при заданном неизменном времени контакта Тк). Увеличение скорости фильтрации приводит к росту интенсивности процессов обмена между поверхностью зерен катализатора и газовым потоком. Это, в свою очередь, вызывает увеличение максимальной температуры в тепловой волне, и, кроме того, повышается теплосодержание слоя. В результате этого удается увеличить и количество высокопотенциального тепла, передаваемого из центральной части слоя в крайние. Повышается степень превращения в крайних частях слоя, растет средняя степень превращения в аппарате. Расчеты показали, что увеличение скорости фильтрации от 0,2 до 0,7 м/с (суммарное время контакта в аппарате 3,9 с) приводит к увеличению степени превращения с 75 до 97%. При АГад = 90 °С максимальная температура возрастает с 340 до 440 С. [c.323] При осуществлении гетерогенных каталитических реакций в нестационарных условиях по схеме с периодическим изменением направления фильтрации реакционной смеси входная температура, как правило, не оказывает существенного влияния на степень превращения на выходе. Крайние части слоя работают в режиме периодического изменения входной температуры и степени превращения. Время формирования тепловой волны в этих участках определяется как первоначальным запасом тепла в слое (количеством тепла, переданным из центральной части), так и температурой реакционной смеси, поступающей на катализатор. Чем больше запас тепла и чем выше входная температура, тем быстрее происходит формирование тепловой волны, тем выше средняя за цикл степень превращения в крайних частях слоя. [c.323] Расчеты показывают, что повышение входной температуры с 50 до 100 °С приводит к росту степени превращения в крайних частях слоя с 78 до 95% и вследствие этого растет степень превращения в аппарате в целом с 86 до 97%. [c.324] В результате теоретического анализа настоящей схемы были выявлены характерные особенности нестационарных режимов в трехслойной схеме. [c.324] Циклический режим с периодически повторяющимися температурными профилями устанавливается за 5-10 переключений. Длительность одного эксперимента составляла 20-30 ч. На рис. 6.24 приведены температурные профили по оси слоя катализатора в разные моменты времени для установивщегося периодического режима при условиях и = 0,41 м/с Хц = 5 с, = = 150 мин Со = 0,2%. Изменения температуры и степени превращения во времени в различных участках реактора приведены на рис. 6.25. [c.325] Вернуться к основной статье