ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Конструкция н расчет промышленных реакторов из "Основы проектирования каталитических реакторов" Обеспечение оптимального температурного профиля в реакторах позволит улучшить их производственные характеристики — увеличить удельную производительность, степень превращения исходных веществ, снизить себестоимость продукта и т. д. [c.304] Рассмотрим построение оптимального температурного профиля на примере обратимых экзотермических реакций. К ним относится большое число известных промышленных процессов — синтез аммиака, окисление ЗОг, конверсия окиси углерода. Повышение температуры в этих реакциях уменьшает константу равновесия и достижимую степень превращения, но увеличивает скорость реакции. Для увеличения скорости реакции полезно, чтобы на входе в реактор, где количество образующегося продукта мало, температура была достаточно высокой, а на выходе низкой это положительно влияет на константу равновесия. Можно показать, что температуру, при которой проводится процесс, нужно понижать по мере увеличения количества продукта. [c.304] В зависимости от стоимости сырьевых компонентов Л и В степень их превращения может иметь большее экономическое значение, чем повышение количества продукта, получаемого в данном объеме. Степень превращения будет тем большей, чем больше скорость реакции 1 по сравнению с реакцией 2 и реакции 3 по сравнению с реакцией 4. Если температурный коэффициент реакции 1 меньше, чем коэффициент реакции 2, то понижение температуры будет увеличивать степень превращения. Если температурный коэффициент реакции 3 больше, чем для реакции 4, то продукт X будет преимущественно превращаться в продукт Y, а не Q. Отсюда можно сделать вывод о том, что, при условии справедливости сделанных предположений о величинах температурных коэффициентов, в начальной стадии реакции при образовании продукта X температура должна быть низкой, а в дальнейшем, при его переходе в продукт Y или Q, должна значительно повышаться. Так как все четЪфе реакции протекают одновременно, температура должна повышаться постепенно. [c.305] Если температурный коэффициент реакции 1 больше соответствующего коэффициента реакции 2, а коэффициент реакции 3 меньше, чем коэффициент реакции 4, то оптимальная температура должна понижаться вдоль оси реактора. [c.305] Для простоты Денбиг рассмотрел модель из двух последовательно соединенных непрерывных смесителей, находящихся при различных температурах. [c.305] Принималось, что на всех стадиях протекают реакции первого порядка. Скорости реакции 1 и 2 пропорциональны концентрации компонента А, а скорости реакций 3 и 4 — концентрации компонента X. Употребляющиеся в дальнейшем обозначения имеют следующий смысл а, х, у, — стационарные концентрации компонентов А, X, У в первом смесителе а, х, у — эти же концентрации во втором смесителе G — массовая скорость V и V — объем газа в первом и втором смесителях Ма — количество компонента А, моль. [c.305] Величинами Ga и Ол можно пренебречь. [c.306] Определяемая таким образом степень превращения достигает максимума при некоторой температуре, которая и будет оптимальной. [c.307] Значения F п х зависят от выбора температурного профиля. Если найти зависимость Г от л и Са, тогда по уравнениям (П1.296) и (П1,297) можно получить зависимость сл от и затем определить величину интеграла в уравнении (И1,298). [c.307] Хорн и Тролтенье также изучавшие проблему нахождения оптимального распределения температур в реакторе, вывели уравнения, позволяющие определить конечный состав газовой смеси, если известен начальный состав и профиль температур. [c.308] Граничные условия для %у. [c.310] Таким образом, требуется найти семь функций времени пребывания, а именно Гопт, Си Сг, Сз, ц, Ь, з, связанных системой из семи уравнений, шесть из которых дифференциальные. В случае изотермической реакции уравнение (111,304) дифференцируется по Т и приравнивается нулю. [c.310] Полное вр мя пребывания ть на участках I и И находится по уравнению (111,328) при i = 0 в качестве верхнего предела интегрирования. [c.312] Хорн и Тролтенье подчеркивают то, что для расчета оптимального температурного режима требуется вычислительная техника, причем предпочтение нужно отдать цифровым, а не аналоговым машинам, хотя последние обладают определенными преимуществами при операциях, связанных с интегрированием. [c.312] Вернуться к основной статье