ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Распределение времени пребывания частиц в реакторе из "Основы проектирования каталитических реакторов" Для характеристики различных свойств системы, определяющих время пребывания, может быть использован коэффициент продольного перемешивания, или коэффициент диффузии Е, м 1сек, учитывающий нерегулярность течения потока, связанную с перемешиванием, изменением скорости в разных точках сечения реактора, молекулярной и турбулентной диффузией, наличием застойных зон и т. п. При идеальном вытеснении все частицы движутся равномерно, перемешивания нет, коэффициент диффузии равен нулю. В случае идеального смешения жидкость полностью перемешивается и коэффициент перемешивания или диффузии Е стремится к оо. [c.33] На рис. 1-17 показана зависимость вероятности для частицы остаться в реакторе от доли номинального времени пребывания частиц. Для сравнения трех моделей, описанных выше, используют реакцию, происходяшую без изменения объема. Начальная концентрация исходного вещества принимается при этом равной 1. [c.36] Для случая Ь = о скорость реакции постоянна, не зависит от концентрации и времени. Как видно из рис. 1-18, степени превращения при идеальном вытеснении и идеальном смешении совпадают. Для третьей модели (неполное смешение) средняя степень превращения меньше, чем для других моделей. [c.36] Для реакции 1-го порядка (6 = 1, а= 1) неполное смешение и идеальное смешение дают одинаковые результаты. Это видно из рис. 1-19. [c.36] Степень превращения для реакций 2-го и 3-го порядков представлена на рис. 1-20 и 1-21. [c.36] В работе Джиллиленда утверждается, что для простых реакций 2-го и 3-го порядков при гидродинамических условиях, соответствующих небольшим числам Рейнольдса, основой для расчетов может служить модель идеального вытеснения. [c.36] Модель идеального смешения пригодна для расчета смесителей. [c.36] Для реакторов с кипящим слоем рекомендуется модель неполного смешения. [c.36] Приведенные выше формулы позволяют оценить влияние диффузии. Однако они дают лишь некоторую общую ориентацию, так как в реальных условиях скорость реакции, температура и скорость потока изменяются. [c.38] Венер и Вильгельм обратили внимание на тот факт, что, по Данквертсу, существует разрыв в изменении концентрации вещества на входе в реактор. Поэтому они вводят понятие о трех зонах зона а — пространство перЫ входом в реактор зона в — собственно реакционное пространство зона с — пространство шхле выхода из реактора. Величина г меняется от —оо до +оо. На граничные условия входа в реактор (2 = 0) и выхода из него (2=1) влияют соответственно зоны айв. Изменение концентрации в этих зонах должно происходить непрерывно. [c.39] Обзор методов определения функций распределения пребывания частиц сделан Хофманом 2. Там же описаны основные модели прохождения реагента через реактор диффузионная, ячеистая и канальная. Диффузионная модель, описываемая дифференциальным уравнением материального баланса, получена при некоторых упрощающих предположениях (скорость и концентрация реагирующих веществ предполагаются постоянными в каждом сечении). [c.39] Равенство (I, 89) дает лишь первый член бесконечного тригонометрического ряда. Для практических целей такое приближение допустимо. [c.40] Такой процесс необходимо исследовать экспериментально. [c.40] Концепция модели ячеистого реактора, состоящая в том, что реактор изображается как ряд ячеек, в которых происходит идеальное перемешивание, выдвинута в работе Крамерса и Аль-бердаТакой подход может оказаться полезным и в случае реакторов с катализатором. Пространство между зернами катализатора можно считать ячейками. [c.40] При большой пористости слоя коэффициент диффузии должен быть большим, однако данная модель не дает возможности количественно определить влияние пористости. Свободные пространства между зернами катализатора можно считать каналами, проложенными в определенном направлении и соединенными в узловых точках. [c.41] Исходя из статистических исследований такой модели, де Ионг и Сафман вывели зависимости для определения коэффициентов продольной и радиальной диффузии. Авторы исходили из предположения, что все каналы имеют некоторую длину м, и что скорость жидкости в каждом канале одинакова или изменяется по параболическому закону. Предполагается также, что скорость потока зависит от угла, образуемого осью канала и направлением потока. Уравнения, полученные этими авторами, кроме скорости течения и диаметра зерна катализатора, учитывают молекулярную диффузию и величину пути, пройденного жидкостью в слое. Коэффициент диффузии для газов и жидкостей различен и возрастает с ростом длины реактора. [c.41] В работе Хеннеля22, посвященной продольной диффузии при прохождении потока через зернистый слой, анализируется размещение зерен и каналов, расположенных между зернами выводы автора несколько отличаются от результатов де Ионга и Саф-мана, по его данным длина канала I = 0,823 й м диаметр канала к = 0,396 ч // к = 2,08. [c.41] Из работы Сафмана следует, что I = к = //2,5. Основываясь на концепции ячейки, в которой происходит идеальное перемешивание, и собственном способе определения размеров канала, автор предлагает новую канально-камерную модель, позволяющую вычислить критерий Пекле, согласующийся с величинами, полученными в ряде экспериментальных работ. Далее мы еще вернемся к этому вопросу. [c.41] Концепция канальной модели получила развитие в работе Тэр-нера рассматривавшего такую модель каналы соединены с малыми областями, в которых реагент покоится или переносится за счет молекулярной диффузии. Другая модель этого же автора состоит в том, что рассматриваются несколько каналов разной длины и диаметра. [c.41] Вернуться к основной статье