ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Число и устойчивость стационарных режимов из "Моделирование каталитических процессов и реакторов" До сих пор рассматривались вопросы моделирования контактных аппаратов при идеальных условиях их работы - равномерное распределение потоков по всему сечению реактора, неизменные во времени условия эксплуатации. В действительности такие идеальные условия реализовать невозможно, и всегда наблюдаются те или иные отклонения, которые в условиях работы могут быть двух типов пространственные и временные. [c.210] Пространственные отклонения (неоднородности) связаны с неравномерным распределением потоков по сечению, с неодинаковой работой отдельных частей реактора (например, неодинаковые условия охлаждения параллельных трубок в трубчатом реакторе, неоднородная активность загруженного в реактор катализатора и т. д.). [c.210] Временные отклонения связаны с изменени5сми условий эксплуатации во времени (колебания нагрузки, состава газа, температуры реакционной смеси и хладагента, изменения активности катализатора). [c.210] Изменения режима работы, обусловленные нарушениями условий эксплуатации, можно разделить на обратимые, исчезающие с устранением источника возмущений, и необратимые, нарастающие со временем и неисчезающие с устранением их причины. Последние обусловлены неустойчивостью процесса и будут рассмотрены ниже. [c.210] Все обратимые изменения характеризуются отношением отклонения показателей работы реактора (температура и степень превращения в заданной точке) к изменению тех или иных условий его работы (температура и состав газа, условия тепло- и массообмена, активность катализатора и др.), т. е. параметров процесса. Этот показатель назовем параметрической чувствительностью. [c.210] Исследование параметрической чувствительности состоит в определении точек реактора, где чувствительность максимальна, и тех возмущающих воздействий, к которым процесс наиболее чувствителен. [c.210] Рассмотрим параметрическую чувствительность для трубчатых и многослойных реакторов, а также обсудим вопросы их моделирования, для решения которых необходимо знать параметрическую чувствительность. [c.210] Трубчатые реакторы. Температурный профиль в трубчатом реакторе для экзотермических процессов имеет сечение с максимальной температурой - горячей точкой . Как правило, в этом месте температура близка к максимально допустимой для данного процесса, что соответствует оптимальному режиму трубчатого реактора. Поэтому значение и положение горячей точки - важный показатель работы трубчатых реакторов. [c.211] Отметим, что линейная зависимость максимальной температуры в слое от параметров процесса сохраняется в значительном интервале их изменения например, для процесса окисления нафталина при изменении температуры теплоносителя на 10 С, начальной концентрации метанола на 10% (отн.) и т. д. Это характерно для многих процессов. Во всех случаях максимальное отклонение наблюдается в горячей точке или вблизи нее. [c.212] Отклонения концентрации, а также параметров теплоотвода и активности катализатора удобнее определять в относительных единицах. [c.212] Начальная температура в трубчатых реакторах обычно ниже температуры хладагента и часть споя используют для нагревания реакционной смеси. Поэтому параметрическая чувствительность к начальной температуре, как правило, мала, чем к Гх. [c.212] Адиабатическне реакторы. Можно предположить, что максимальная чувствительность температуры в адиабатическом слое катализатора к изменению условий его работы будет наблюдаться на выходе из слоя, где температура максимальна. Однако это не так. Достаточно рассмотреть процесс, протекающий в адиабатическом слое до равновесия, чтобы понять, что небольшое изменение температуры на входе в слой не приведет к заметному отклонению от равновесия. В этом случае чувствительность температуры на выходе к температуре на входе будет небольшая. Профили температур в адиабатическом слое при окислении диоксида серы в случае изменения температуры на входе Гд и концентрации ЗОг - сд показаны на рис. 4.20 и, соответственно, распределение по слою параметрических чувствительностей 91 дТ и Зт1дсц, как они определены в (4.60), Сечение слоя внутри, а не на выходе, имеет максимальную параметрическую чувствительность. [c.212] При некотором значении х выражение в квадратных скобках в уравнении (4.62) равно нулю, т. е. АТ максимально. На примере реакции первого порядка, приняв характерные значения для многих реакций Е/КТ2 0,02 -н 0,04 и ДГ 200- 500 С, можно оценить, что 9 Г/Э Тд максимально при х 0,75 -е- 0,95. [c.213] Использование параметрической чувствительности при моделировании реакторов. Параметрическая чувствительность достаточно широко используется для анализа и разработки процесса. Покажем это на ряде примеров. [c.213] Процесс контролируют в местах, где изменения условий эксплуатации наиболее сильно влияют на показатели процесса, т. е. в местах, имеющих наибольшую параметрическую чувствительность. В трубчатом реакторе к ним относятся горячая точка , как наиболее чувствительная и опасная, а в адиабатическом слое- сечение внутри слоя. [c.213] С увеличением диаметра трубок уменьшается теплообменная поверхность, ухудшаются условия теплообмена и затрудняется управление процессом. Интенсифицировать теплообмен можно увеличением скорости потока, что, однако, приводит к возрастанию гидравлического сопротивления аппарата, т. е. к дополнительным затратам на процесс. [c.214] Уравнения вида (4.63) могут иметь несколько решений, для которых выявлены области их существования [290]. На внешней аналогии уравнений теплового баланса для описания процесса с отводом тепла кондукцией и в сечении с максимальной телгаературой был основан выбор диаметра трубок по области существования устойчивых режимов [291]. Однако уравнения (11) из табл. 3.2 имеют единственное решение как начальная задача и непрерывно зависят от граничных условий, поэтому подход к выбору диаметра трубок должен быть иным. [c.214] Область максимальных температур имеет наибольшую параметрическую чувствительность, которая приводит к резкому повышению температуры в слое и к срыву процесса. Поэтому допустимая параметрическая чувствительность температуры в слое катализатора-основное, что необходимо учитывать при выборе диаметра трубок [292]. [c.214] Следует принять во внимание зависимость количества катализатора от диаметра трубок и ограничение на гидравлическое сопротивление потоку в слое катализатора. [c.214] Вернуться к основной статье