ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Подобие химических процессов из "Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов Издание 2" Применение метода химического подобия к реакциям позволяет сделать ряд интересных заключений, которые приводятся здесь, хотя их вывод будет дан позднее. [c.326] По-видимому, для всех типов реакций температура или зависимость температуры от времени должны быть одинаковы как в больших, так и в малых аппаратах. В гомогенных реакторах продолн ительность реакций и начальные концентрации должны совпадать в аппарате и его модели в гетерогенных реакторах должно быть одинаково произведение времени реакции на поверхность контакта фаз в единице объема аппарата. [c.326] Динамического и химического подобия обычно нельзя достигнуть одновременно например, если остается постоянным время реакции, то число Рейнольдса, в которое входит линейная или массовая скорость, изменяется. В гетерогенных каталитических процессах полное подобие может быть достигнуто при изменении размера частиц катализатора и его активности. Если теплопередача осуществляется теплопроводностью или конвекцией, размер частиц должен быть пропорционален диаметру сосуда, а активность катализатора должна меняться обратно пропорционально квадрату диаметра реактора оба условия очень тяжелы и обычно невыполнимы. Часто имеют значение только некоторые из факторов, влияюпщх на реакцию, так что существенным будет равенство только тех безразмерных комплексов, в которые они входят. Например, если скоростью диффузии определяется процесс в гетерогенном реакторе, то рассмотрение одного динамического подобия будет достаточным для выяснения условий моделирования. [c.326] Изучение химических реакторов путем анализа размерностей было начато Дамкелером , затем продолжено и расширено несколькими другими исследователями. В приводимом ниже обзоре полученных результатов широко используется трактовка Босворта . [c.326] Пусть накапливается компонент А, концентрацию которого обозначим через С, а линейную скорость — через и. [c.327] Здесь ДУ — изменение объема, происходящее в результате превращения 1 моль компонента А, вступившего в реакцию. [c.327] Если пренебречь величинами, выраженными уравнениялш (X, 5) и (X, 10), то из написанных выше формул можно получить семь безразмерных комплексов, равенство которых для модели и прототипа является необходимым условием существования полного подобия. Эти комплексы приведены в табл. 74, где они обозначены по порядку от (а) до g). [c.328] Последнее уравнение следует из уравнения (X, 17) н закона Аррениуса. Если теплопередача излучением пе имеет значения, то уравнением (X, 16) можно пренебречь. Из этих уравнений вытекает, например, что в меньшем реакторе требуются большие скорости потока и большие скорости реакции, если добиваться полного подобия [уравнения (X, 15) и (X, 17)]. Другие примеры ирименення данных уравнений будут указаны позднее. [c.329] Условия подобия в каталитических гетерогенных реакторах требуют, например, чтобы длина прототипа была меньше и диаметр частиц увеличивался медленнее, чем диаметр сосуда. Активность катализатора также должна быть различной в обоих реакторах. [c.330] В целом, требования полного размерного подобия практически невыполнимы. Будет ли химическое, динамическое, термическое или геометрическое подобие в отдельности каждое или в какой-либо комбинации достаточным, зависит от характеристики каждой реакционной смеси и условий проведения процесса. В табл. 75 перечислены безразмерные комплексы, которыми можно пренебречь в каждом отдельном случае. [c.330] При изменении условий процесса, особенно температуры, может измениться относительная важность безразмерных комплексов. Так, например, увеличение температуры оказывает значительно большее влияние на скорость химической реакции / , чем на коэффициент диффузии или вязкость соответственно, влияние комплексов Ъ, й, г и А в табл. 75 уменьшается с увеличением температуры. Следует подчеркнуть, что некоторые физические свойства сами являются функцией некоторых безразмерных комплексов. Так, например, эффективная теплопроводность и эффективный коэффициент диффузии в гранулированном слое зависят от числа Рейнольдса. Подобие при условии большой величины потери напора рассмотрено в примере Х-2. [c.330] Периодический или непрерывный процесс с малой скоростью протекания. . [c.331] Незначительная теплопередача излучением. . [c.331] Адиабатический процесс с незначительным тепловым эффектом. . . [c.331] При сохранении химического подобия на геометрию и режим теплопередачи также накладываются определенные ограничения но они не являются столь жесткими, как в случае динамического подобия. В табл. 76 приведены геометрические соотношения для гомогенных и гетерогенных реакторов при двух различных соотношениях между размерами частиц и объемом аппарата. Аналогично, в табл. 77 показаны характеристики теплопередачи череа стенки сосуда для модели и прототипа, объемы которых находятся -В отношении 1/Я . В обеих таблицах диффузионный массообмен не учитывается. [c.331] Пример Х-1. Вывести соотношение между объемной скоростью прототипа и модели, необходимое для достижения полного подобия, если их радиусы находятся в соотношении X и реакция — гомогенная. [c.332] Таким образом, при полном подобии равенство объемных скоросте в прототипе и модели не обязательно. [c.333] Пример Х-2. Рассмотреть реакцию в газовой фазе, протекающую при большой потере напора в трубчатом проточном реакторе. Вывест соотношения между размерами прототипа и модели, необходимые для хим ческого подобия, если массовые расходы реагирующей газовой смеси находятся в отношении Я. Сравнить также теплопередачу через стенки сосуда. [c.333] Вернуться к основной статье