ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Использование опытных данных для анализа условий работы и оптимального проектирования химических реакторов из "Методы кибернетики в химии и химической технологии 1968" Выше отмечалось, что гидродинамическую структуру потоков в реакторе, принадлежность его к той или иной модели можно установить на реальном испытываемом объекте при помощи кривых отклика. Эти кривые отклика могут быть использованы также для определения коэффициента эффективности реактора и приближения условий работы производственного аппарата к условиям работы модельного (см. стр. 169). [c.339] Ниже рассмотрена последовательность расчета химических реакторов на примере контактно-каталитических процессов как наиболее сложных. Проиллюстрируем, как проводится анализ условий работы и оптимизация реакторов. [c.339] Кроме оптимального температурного режима определяются оптимальное давление (рис. УП-8), а также оптимальный состав реакционной смеси при различных условиях. При этом для анализа очень удобны диаграммы Т — х (температура — степень превращения), Р — X (давление—степень превращения), состав — х, О — X (тепловыделение — степень превращения). [c.340] При выборе типа реактора теоретический режим является одним из главных исходных критериев, своего рода эталоном , который показывает характер необходимого изменения режима в реакторе с глубиной превращения. Выбирая тип реактора, необходимо знать область протекания процесса — диффузионную или кинетическую. Так, внешнедиффузионные процессы осуществляются в реакторах с одним очень небольшим по высоте адиабатическим слоем катализатора. Далее нужно оценить степень внутридиффу-зирнного торможения процесса на зерне. Если протекают одна простая реакция или несколько параллельных реакций, внутри-диффузионное торможение только снижает наблюдаемую активность катализатора. Однако, если полезней продукт процесса в реакторе частично претерпевает какие-то изменения (например, последовательная схема реакций с полезным промежуточным продуктом), внутридиффузионное торможение может значительно уменьшить селективность процесса. Чтобы избежать этого, приходится значительно уменьшать размер зерен катализатора, что влияет на выбор типа аппарата. [c.341] На основе полученных химических и физических закономерностей составляется математическое описание процесса в слое катализатора. Контактный аппарат может состоять из нескольких слоев катализатора, устройств теплообмена, смешения потоков и т. д. Поэтому математические описания процесса и аппарата различаются. [c.341] Слой катализатора можно представить в виде квазигомогенной системы. Характер протекания контактно-каталитического процесса в слое определяют технологические параметры. [c.341] Технологические параметры. Сюда входят ограничения на область изменения а) температуры, определяемой условиями термостойкости катализатора, его химическими свойствами, активности и т. д. б) состава газа из условий взрываемости смесей, влияния его на катализатор в) давлений г) предельного гидравлического солротивления. [c.341] Существенным является выбор схемы организации процесса циркуляционной или проточной. [c.341] Значительную трудность при осуществлении экзотермических реакций может представлять отвод тепла, выделяющегося в результате химического превращения. За счет интенсивной циркуляции частиц катализатора в псевдоожиженном слое температура и, следовательно, интенсивность тепловыделения выравниваются по всему слою, что значительно облегчает отвод тепла из него. Помимо этого, коэффициенты теплопередачи о т слоя к охлаждающей поверхности в псевдоожиженном слое также выше, чем в неподвижном. Следовательно, для процессов с очень интенсивным тепловыделением рационально применение псевдоожиженного слоя. При этом лучшими показателями (небольшая поверхность охлаждения, интенсивное протекание процесса) обладают аппараты, работающие в неустойчивом режиме с его принудительной стабилизацией. [c.342] С повышением давления преимущества псевдоожиженного слоя сглаживаются во-первых, уменьшается различие в значениях коэффициентов теплопередачи от неподвижного и псевдоожиженного слоев во-вторых, возрастает степень расширения псевдоожиженного слоя и, следовательно, снижается интенсивность процесса в единице объема реактора. [c.342] Непрерывную циркуляцию катализатора (при непрерывной его регенерации в процессах с катализатором, быстро меняющим свою активность, как, например, процесс дегидрирования бутана) также удобнее осуществлять в псевдоожиженном слое. Однако надо учитывать также истирание катализатора, что приводит к эрозии аппаратуры, загрязнению продукта катализаторной пылью, необходимости установки фильтров тонкой очистки. [c.342] Таким образом, псевдоожиженный слой рационально применять для каталитических процессов, требующих точной регулировки температур в узком интервале, отвода значительного количества тепла с единицы объема, циркуляции катализатора, и для процессов, протекающих в области внутренней диффузии правда, при этом требуется износоустойчивый катализатор. [c.342] Проведем расчет проточного реактора с неподвижным слоем катализатора при изотермических условиях ( =540° С) для реакции А+В Я+8, протекающей в газовой фазе при 2 ат. Молекулярные веса реагентов Ма=80 Мв = 20 Мн=40 и М5 = 60, Продукт Н должен получаться со скоростью 450 кг/ч. Степень превращения 95%. Гидравлическим сопротивлением слоя пренебречь. [c.343] Решение. 1. Предварительными опытами установлено, что скорость реакции выражается эмпирическим уравнением, приведенным в условии данного примера. [c.343] Площадь под кривой составляет 915. Полная площадь равна 1094. [c.344] По условию / = 450 кг/ч и Мц—40 следовательно, количество составит , 2Ь кмоль/н. [c.344] Рассмотрим в качестве примера реакцию первого порядка. При идеальном смешении количество продукта, образующегося в каждом слое, равно произведению концентрации реагирующего вещества в конце данного слоя на объем катализатора в слое и константу скорости реакции, отнесенную к единице объема катализатора. [c.345] Чем больше число ступеней, тем ближе к единиие соотношение необходимых количеств катализатора в с-юях (табл. 53). [c.346] Решение. Для оптимизации процесса необходимо рассмотреть 17 переменных величин 1) состав поступающего газа 2) тип катализатора 3) температуру поступающего газа 4) точку росы поступающего газа 5) температуру в реакторе 6) долю рециркулирующего газа 7) давление на выходе реактора 8) снижение активности катализатора 9) массовую скорость газового потока 10) размер частиц катализатора И) высоту слоя катализатора 12) диаметр слоя катализатора 13) число слоев катализатора 14) степень превращения N0 15) допустимую загрузку катализатора 16) перепад давления через слой катализатора 17) общую высоту реактора. [c.347] Из этих семнадцати переменных восемь могут быть определены из предварительных экспериментов без математического описания и из производственного опыта. Из девяти остающихся переменных четыре являются независимыми и пять зависимыми. Независимые переменные размер частиц катализатора, массовая скорость газового потока, степень превращения и количество слоев катал1и-затора. Зависимые переменные диаметр слоя и толщина катализатора, высота реактора, допустимая загрузка катализатора и перепад давления через его слой. [c.347] Вернуться к основной статье