ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Управление реакторами из "Методы кибернетики в химии и химической технологии Издание 3 1976" В качестве управляющих воздействий при управлении реакто ром заданного типа обычно используются а) воздействие по расходу реагентов б) воздействие по соотношению расходов реагентов в) воздействие по температуре теплоносителя г) воздействие по расходу теплоносителя. [c.415] Воздействие по расходу реагентов на входе в реактор. Эта схема (рис. У1П-12) основана на применении принципа разомкнутой системы регулирования. Преимуществом такой схемы регулирования является ее простота однако схему можно использовать только при относительно малых степенях превращения. При большой степени превращения относительно малому изменению х соответствуют большие изменения количеств подаваемых реагентов, так как степень превращения затухает по экспоненте. Поэтому наиболее распространена описанная ниже схема управления реакторами. [c.416] Воздействие по соотношению расходов реагентов. В этом случае регулирование соотношения выполняют косвенно путем измерения основного потока и приложения регулирующего воздействия к регулируемому потоку. [c.416] На рис. У1П-16 представлена схема управления по соотношению расходов реагентов с измерением концентрации выходящего продукта r. [c.417] Воздействия по расходу теплоносителя и температуре рассмотрим на примерах регулирования каталитических реакторов. Схемы регулирования вытекают непосредственно из организации самого химического процесса. Так, регулирование температуры и степени превращения в адиабатических реакторах можно выполнить по одной из трех возможных схем 1) введением между слоями катализатора промежуточных теплообменников 2) добавлением между слоями холодного реагента 3) добавлением между слоями холодного инертного газа. [c.417] Рассматривая обратимую экзотермическую реакцию окисления SO2 в SO3 и нанося на графики, построенные в координатах степень превращения х —температура t (см. рис. VH -24—УП1-26), кривые, отвечающие равновесной степени превращения, получим отрезки прямых, выражающих связь между степенью превращения и температурой для адиабатического реактора (см. с. 324). [c.417] Введение между слоями катализатора промежуточных теплообменников представлено на рис. УП1-17, где горизонтальные участки прямых характеризуют работу теплообменников, а наклонные прямые —изменение степени превращения по ступеням. [c.417] Приведенные закономерности могут быть также использованы для решения задач выбора оптимального режима действующих контактных аппаратов. При проектировании новых аппаратов задается конечная степень превращения и находится оптимальное распределение катализатора для действующих аппаратов по фактическим значениям степени превращения, температур и количеству загруженного катализатора вычисляются константы скорости реакций и затем находится режим, отвечающий наивысшей конечной степени превращения. В этом случае можно изменять только начальные температуры газа перед слоями катализатора. [c.418] Аналогично могут решаться задачи о нахождении оптимального режима и для других технологических схем. Так, например, как указывалось выше, регулирование температуры перед слоями катализатора осуществляется добавлением исходной реакционной смеси (рис. VHI-18). В этом случае, в отличие от предыдущей задачи, степень превращения перед слоем катализатора уменьшается после добавления свежей смеси, а объем газа, проходящего через слой, увеличивается. На диаграмме t — х линии, отражающие охлаждение газа между слоями катализатора, будут наклонными. [c.419] При введении свежей реакционной смеси для охлаждения газа между слоями контактной массы добавляемый холодный газ реагирует в присутствии продуктов реакции. Так как скорость реакции уменьшается с увеличением степени превращения, необходимый объем катализатора резко возрастает по сравнению с количеством катализатора для АПТ. [c.419] Эти уравнения дополняются уравнениями для определения количества добавляемого воздуха, концентраций реагирующих смесей, равновесных степеней превращения, времени контактирования и температуры газа в конце каждого слоя. Для расчета оптимального режима в пятислойном контактном аппарате с охлаждением холодным воздухом число уравнений составляет 31 при заданных начальной и конечной степенях превращения, начальной концентрации и начальном объеме газа. При помощи цифровых электронных вычислительных машин эти уравнения можно решить быстро и в большом числе вариантов. [c.420] В аппаратах с промежуточным теплообменом (АПТ) процесс в каждом слое приходится обрывать при определенной степени превращения, определяемой максимально допустимым разогревом катализатора. Поэтому температурный режим такого адиабатического слоя очень чувствителен к входным условиям (температуре, количеству реакционной смеси, концентрации). Например, параметрическая чувствительность температуры на выходе из слоя tкK к температуре на входе tв составляет для процесса окисления метанола = 4,5. [c.420] Указанные особенности АПТ весьма существенны при конструировании аппаратов большой мощности. При этом некоторое усложнение системы автоматического регулирования для стабилизации режима работы каждого слоя не существенно. [c.421] Использование АПТ благоприятно для проведения обратимых экзотермических реакций, в которых равновесная степень превращения с увеличением температуры уменьшается. Поэтому возможно, что в конце каждого адиабатического слоя катализатора достигается равновесная степень превращения. Тогда параметрическая чувствительность каждого слоя очень небольшая. Это обстоятельство позволяет, во-первых, применять практически любое число слоев катализатора и, во-вторых, использовать любые методы охлаждения между слоями в теплообменниках, добавлением холодной реакционной смеси или газа другого исходного состава, а также применять в промежуточных теплообменниках посторонний теплоноситель и исходную реакционную смесь в качестве теплоносителя. [c.421] Таким образом, АПТ наиболее применим 1) для проведения обратимых экзотермических процессов 2) при использовании промежуточных теплообменников с посторонним теплоносителем 3) для осуществления процессов, в которых степень превращения, достигаемая в последнем слое катализатора, близка к максимальной 4) при большой мощности аппаратов. [c.421] В аппаратах с внутренним теплообменом (АВТ) выделяющееся тепло одновременно отводится от зоны реакции через теплообменную поверхность. Поэтому АВТ довольно компактны и невелики по своим габаритам. Однако для обеспечения нужного теплоотвода необходимо внутри слоя катализатора поместить достаточно большую поверхность, вследствие чего АВТ представляют собой обычно трубчатые аппараты. Фактически это означает, что один контактный аппарат состоит из большего числа (до нескольких тысяч) параллельно работающих небольших аппаратов — трубок. [c.421] Контроль работы аппарата затруднен температурный режим катализатора имеет максимум внутри его слоя, причем наибольшую параметрическую чувствительность имеет (т. е. наиболее опасным местом реактора является) именно область максимальных температур. Введение различных измерительных устройств в небольшие по размерам трубки резко изменяет аэродинамическую обстановку в слое и режим его работы. Следовательно, показания датчиков будут также отличаться от истинных значений температур в неконтролируемых трубках. Дополнительное осложнение при контроле заключается в том, что при изменении режима работы аппарата меняется и положение области максимальных температур внутри слоя. [c.422] В АВТ параметр теплоотвода приблизительно постоянен по длине трубок. Скорость же процесса, и, следовательно, интенсивность тепловыделения сильно меняются по мере протекания реакции, особенно до полного расходования реагентов. Это может привести к тому, что конечные по ходу движения газа участки катализатора охлаждаются, и скорость процесса в конце резко уменьшается. По этой причине аппараты с комбинированной схемой, в которых конечное превращение протекает адиабатически, с повышением температуры предпочтительнее. В слое катализатора также выравнивается работа всех трубок (возможные проскоки газа, неодинаковая степень превращения в разных трубках и т. д.). Однако трудности контроля АВТ присущи и аппаратам с комбинированной схемой. [c.422] Таким образом, фактическая зависимость изменения Qx = (Т) оказывается для аппарата более пологой, чем принимается при исследовании собственно процессов, а соответственно область устойчивых температурных режимов для управляемого реактора сужается по сравнению с областью устойчивости химического процесса. [c.423] Вернуться к основной статье