ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные типы промышленных реакторных систем из "Инженерное оформление химических процессов" При проектировании реакторов, в которых осуществляются процессы между газообразной фазой и твердыми частицами, необходимо учитывать три фактора кинетику химической реакции, протекающей на поверхности одиночной частицы, распределение размеров частиц в исследуемом слое материала и гидродинамические условия, при которых находятся в аппарате газовая и твердая фазы. В тех случаях, когда кинетическая картина процесса сложна и недостаточно изучена, когда продукты реакции образуют обволакивающую среду и температура в реакторе значительно изменяется от точки к точке, исследование процесса затрудняется, расчет его в значительной степени базируется на экспериментальных данных-, накопленных лшоголетним опытом эксплуатации производства, и вновь создаваемые аппараты почти не отличаются от ранее действовавших. Доменные печи являются, вероятно, наиболее типичным промышленным примером подобных систем. [c.346] Анализ производственных реакторных систем при помощи идеализированных моделей недостаточен. Однако это не должно создавать впечатления о нецелесообразности изучения таких моделей, поскольку характеристики реальных систем достаточно близко приближаются к параметрам реакторов с идеальными режимами движения фаз. Поэтому идеализированные аппараты могут служить хорошей отправной моделью для более глубокого исследования промышленных процессов. [c.346] Твердое вещество и газ находятся в режиме идеального вытеснения. При этом режиме состав ингредиентов изменяется по мере прохождения их через реактор. Кроме того, такие процессы являются, как правило, неизотермическими. Приведение в соприкосновение твердой и газообразной фаз может осущестЬляться различными способами созданием противотока продуктов, например, в доменном процессе или при обжиге в производстве цемента (рисунок ХП-13, а) прямотока продуктов, например, в аппаратах для сушки полимерных материалов (рис. ХИ-13, б) перекрестного тока, например, в топках с движущимися колосниковыми решетками (рис. ХИ-13, б), или комбинацией подобных способов, реализуемой в реакторах с движущимся слоем твердого материала (рис. ХН-13, г) . [c.347] Твердое вещество находится в состоянии идеального смешения. Псевдоожиженный слой является лучшим примером реакторов с идеальным смешением твердой фазы (рис. ХИ-13, д). Характеристики газового потока в аппаратах такого типа трудно поддаются определению. Поэтому считают, что режим движения газа в реакторах с псевдоожижением находится в промежуточной области между режимом идеального смешения и режимом идеального вытеснения. Вследствие большой эффективной теплопроводности псевдоожиженного слоя процессы в этих аппаратах обычно принимают изотермическими. [c.347] Полунепрерывные процессы. Ионнообмейные колонны (рис. ХИ-13, г) могут служить примером периодического процесса по отношению к твердому материалу, тогда как режим движения жидкости соответствует потоку идеального вытеснения. [c.347] Периодические процессы. Растворение заданных количеств твердого вещества в жидкости и их взаимодействие, например обработка твердых веществ кислотой, являются наиболее общим примером периодического процесса. [c.347] Анализ и расчет систем газ (жидкость)—твердое тело значительно упрощаются, если допустить, что состав газа одинаков во всем объеме реактора. Тогда логично принять, что степень превращения газообразного вещества не достаточно велика, или, что то же самое, газовая фаза в реакторе идеально смешана, как, например, в аппарате с псевдоожиженным слоем частиц. Картина процесса, построенная с учетом сделанных допущений, не сильно отличается от процессов в реальных реакторах, в которых газ реагирует с твердым телом. Поэтому ниже везде испол зованы эти предположения. [c.347] Теперь разберем наиболее часто встречающиеся модели Взаимодействия газа с твердым телом и составим для них расчетные уравнения, имея во всех случаях в виду допущение о гомогеннЬсти газовой фазы в аппарате. [c.347] Смесь частиц с различными, но постоянными размерами твердая фаза движется в режиме идеального вытеснения состав газа одинаков во всем объеме реактора. Рассмотрим поток твердого материала, состоящий из частиц различных размеров, распределение которых в системе может быть представлено, с одной стороны, уже описанной выше I или Е функцией распределения (см. главу IX). С другой стороны, распределение размеров частиц можно считать дискретным, поскольку фактически экспериментально найденное распределение частиц имеет дискретную форму вследствие того, что для этого применяют обычно ситовый анализ. Даже, если дискретное распределение и представить в виде непрерывной функции, то в дальнейшем необходимо перевести его в дискретную форму, прежде чем приступить к анализу процесса. [c.349] Пример ХП-1. Исходная смесь содержит 30% частиц радиусом 50 лк, 40% частиц радиусом 100 мк и 30% частиц радиусом 200 кк. Эта смесь поступает в реактор, где падает на движущуюся решетку и затем по принципу перекрестного тока взаимодействует с газом. Для расчетных условий осуществления процесса время, в течение которого частицы каждого размера полностью прореагируют, составляет соответ ственно 300 600 и 1200 сек. Найти степень превращения твердого вещества, если = = 480 сек. . [c.351] Следовательно, степень превращения твердого материала составляет 93,2%. Заметим, что частицы самого маленького размера исчезнут полностью и не будут влиять на сумму, подсчитываемую по уравнению (XII,31). [c.351] Это уравнение после интегрирования может быть представлено в различной форме в зависимости от того, какой фактор определяет общую скорость процесса. [c.353] Результаты расчетов по этим уравнениям приведены на рис. ХП-15 и ХП-16. График на рис. ХП-16 ясно показывает, что для достижения высокой степени превращения твердого вещества время его пребывания в реакторе идеального смешения должно быть знaчитe Iьнo выше, чем в реакторе идеального вытеснения. Распространение полученных данных на многостадийные процессы, не представляющее особого труда, рассмотрено в задачах ХП-16 и ХП-17. [c.354] Пример ХП-2. Яги 8, проводя опыты по обжигу н елезного колчедана в виде частиц, распределенных в асбесте, нашел, что время, необходимое для полного превращения каждой частицы, связано с ее размером соотношением т При этом частицы в течение реакции продолжали оставаться твердыми. [c.354] Экспериментально найденное выражение зависимости времени превращения частицы от ее размера дает величины, лежащие между указанными крайними значениями. Поэтому можно предположить, что на скорость процесса обжига оказывают влияние оба фактора, т. е. химическая реакция и диффузия через слой золы . Принимая данный механизм, определим ожидаемые верхнюю и нижнюю границы степени превращения. [c.355] Таким образом, фактическая доля непревращенного продукта находится между 6.2 и 7,8% или 1 — Хд = 0,07, т. е. 7%. [c.355] Исходное вещество представляет собой смесь частиц с различными, но постоянными размерами твердая фаза находится в режиме идеального смешения состав газа во всем объеме реактора одинаков. [c.355] В исходном твердом материале, загружаемом в аппарат, часто содержатся частицы различных размеров. При поступлении в реактор такого смешанного потока и при отсутствии уноса частиц из аппарата степень превращения рассчит 1вают методом, основанным на комбинации уравнений (ХП,31) и (ХП,35). [c.355] Рассмотрим систему, показанную на рис. ХП-17. Поскольку в ходе реакции размеры частиц не изменяются и условия в выходящем потоке аналогичны условиям в псевдоожиженном слое, можно принять, что распределения размеров частиц в исходном веществе, в псевдоожиженном слое и в выходящем потоке одинаковы, т. е. [c.355] Для иллюстрации приложения этих уравнений, рассмотрим следующий пример. [c.357] Вернуться к основной статье