ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Анализ процесса в слое катализатора из "Моделирование каталитических процессов и реакторов" Уравнения в табл. 3.2 описывают поле температур Т и концентраций с (или степеней превращения х) в слое катализатора. Характерный вид профилей Гих в слое показан на рис. 3.14. В адиабатическом процессе (рис. 3.14, а) температура и степень превращения в слое возрастают. Если экзотермический процесс протекает в охлаждаемой трубе, то температурный профиль имеет вид кривой с экстремумом (рис. 3.14,6). Вначале, когда концентрация исходного вещества высокая, процесс протекает интенсивно и температура повышается. По мере увеличения степени превращения скорость реакции и, следовательно, интенсивность тепловыделения уменьшаются, начинает превалировать теплоотвод и температура понижается до температуры охлаждающей среды (холодильника). При заметной интенсивности продольного смешения профили температур и степеней превращения выравниваются (пунктир на рис. 3.14,6). Если радиальный перенос тепла недостаточно интенсивен, то возникает градиент температур по радиусу (рис. 3.14, в), а поле температур имеет сложную форму (рис. 3.14, г). Поскольку стенки слоя для вещества непроницаемы, радиальное смешение выравнивает концентрации по радиусу и, как показывают многочисленные расчеты, радиальный профиль концентраций почти плоский и практически малочувствителен к Это позволяет при расчетах использовать значения Пд = П . [c.118] При выборе модели процесса учитывают те его составляющие, которые существенны для показателей процесса или его свойств, например концентрации (степени превращения) на выходе из слоя, определяющие его производительность и селективность, и максимальная температура в слое, которая не должна превышать некоторого значения, устанавливаемого технологическими ограничениями процесса. В дальнейшем сечение слоя с максимальной температурой будем называть горячей точкой . [c.119] Процесс в слое катализатора проанализирован для определения влияния его составляющих на показатели процесса и выявления таких его особенностей, как неоднозначность режимов и их устойчивость. [c.119] Из таблицы видно, что для большинства процессов следует использовать двухмерную модель. Особенно это относится к процессам со сложной схемой реакции, которая протекает по нескольким маршрутам с различной энергией активации. Средние температуры для каждого маршрута неодинаковы, что влияет на точность расчета селективности процесса. [c.120] Если процесс протекает адиабатически или изотермически, то минимальное значение Ре, которое практически не влияет на конечную степень превращения, равно 30- 50. При указанных значениях Ре для большинства промышленных процессов ошибка в определении конечной степени превращения из-за неучета продольного перемешивания меньше 2% [180- 182]. [c.121] Если А = 2/Ре, то (3.69) преобразуется к (3.68). Таким образом, описание процесса с продольным перемешиванием можно заменить описанием последовательности ячеек идеального смешения при выборе длины ячейки (в безразмерной форме) А = 2/Ре. Разница этих моделей будет определяться ошибкой, возникающей при замене дифференциального оператора конечно-разностным. [c.122] 76) следует что при одинаковых параметрах массо- и теплообмена ( 3 = СрЗз, или у = 1) температура поверхности зерен по слою постоянна и равна адиабатической. [c.123] Если уф 1, то 03 - переменная, хотя температура в потоке меняется адиабатически [см. (3.75)]. Продольный перенос тепла по зернам катализатора может несколько выравнить градиент температур по слою. [c.123] Можно убедиться, что при Ре- решение (3.78) сводится к (3.77). Если в модели идеального вытеснения х = 0,99 (б = 4,6), то учитывая продольное смешение при Ре = 20, получим х = 0,985. При б = 6,91 разница еще больше - х равно 0,999 и 0,997 соответственно. [c.124] Внешнедиффузионный перенос на зерне может привести к неоднозначности режима в слое, причем переход во внешнедиффузионную область может произойти не только в начале слоя. Область существования трех стационарных режимов для окисления бутилацетата [147] показана на рис. 3.17. Эта диаграмма аналогична диаграмме на рис. 3.10. Область внутри криволинейного угла АОВ соответствует трем режимам. Адиабатический процесс в слое в этих координатах представлен прямой линией с отрицательным наклоном. Начальная точка прямой (например, точка а адиабаты 5 на рис. 3.17) соответствует температуре и концентрации на входе в слой. Адиабата 5 пересекает область трех стационарных режимов на участке вс процесс может быть нестабилен. [c.124] Это означает, что при колебании условий в некоторых сечениях слоя становятся возможными переходы между стахщонарными режимами на внешней поверхности зерен и, как следствие этого, резкое изменение скорости и соответствующие изменения эффективности процесса. Избежать этого можно, выбирая такие условия, чтобы ни в каком сечении слоя не возникала возможность неоднозначности режимов. Для этого необходимо, чтобы температура и концентрация на входе в слой находились вне тупого угла области, ограниченной пунктиром. [c.124] В действительности, это не так, ибо при переходе процесса в какой-либо точке слоя в высокотемпературньш режим возникает значительный градиент температуры и становится существенным продольное смешение, т.е. модель идеального вытеснения уже не может быть применена для описания такого процесса. [c.125] Неоднородный профиль скорости в зернистом слое возникает вследствие неупорядоченной упаковки частиц. [c.125] Можно выделить два типа неоднородностей - локальные неоднородности, соизмеримые с частицами, и крупномасштабные неоднородности, соизмеримые со слоем. [c.125] Несколько иные результаты получим, если при нормальном распределении время пребываниях =т(1 +е-г). [c.126] Распределение Р(рсу ) в этом случае представлено на рис. 3.18, б и 3.19,0 пунктирными линиями, причем Хк(У) Хк(У) для всеххк. Это различие связано с тем, что при нормальном законе распределения (или т) меняется вид распределения V (или еу) (пунктирная линия на рис. 3.18,о). [c.126] Если процесс протекает адиабатически, то в начале слоя л (У) может быть больше 3 V). По мере приближения к равновесию (или полному превращению) в адиабатическом процессе соотношение (V) и (V) меняется [185]. [c.127] В адиабатическом процессе температура на выходе из слоя будет иметь также некоторое распределение, и хотя средняя температура будет незначительно отличаться от рассчитываемой при средней скорости потока v (или т), возможно появление горячих пятен с температурой, значительно превышающей среднюю. Это необходимо учитывать при разработке адиабатического реактора, в котором достигается неполное превращение. [c.127] Анализ влияния неоднородностей был сделан в предположении о независимости частей потоков, имеющих различные скорости. Более поздние исследования показали [186, 187], что скорость потока распределяется не только по сечению слоя, но и по всему объему, т.е. поток в слое пульсирует по объему. Такое объемное распределение скорости потока объясняется пространственной неоднородностью упаковки зерен в слое и, следовательно, пространственной неоднородностью проницаемости, т.е. слой сам генерирует неоднородности потока. [c.127] Вернуться к основной статье