ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Элементы динамики реакторов из "Динамика процессов химической технологии" НИЯ количественной связи между этими факторами требуется составить дифференциальные уравнения, выражающие взаимные отношения физических переменных. Часто эти уравнения могут быть составлены, но при решении их (за исключением небольшого числа уравнений) обычными математическими методами сталкиваются с большими затруднениями вследствие нелинейности уравнений. Однако далеко не всегда необходимо точное исследование динамики химических реакторов. Часто удается определить лишь передаточные функции, при помощи которых динамическая характеристика реактора может быть аппроксимирована с удовлетворительной для практических расчетов точностью. [c.298] Скорости реакций могут изменяться в широком интервале, от очень малых до очень больших значений. Сравнивая скорость реакции и среднее время пребывания молекулы в реакторе, определяют, чем в основном обусловливается динамика реактора собственно химическим процессом или процессом перемещения материалов. Если постоянная времени процесса перемешивания невелика и реакция протекает медленно, то динамические свойства реактора обусловлены в основном химической кинетикой. В этом случае справедливы уравнения, приведенные в табл. 8. [c.298] Однако при больших скоростях реакции и большой постоянной времени процесса перемещения материалов дело обстоит иначе. В этом случае можно принять, что превращение сырья в конечный продукт происходит мгновенно, но, вероятно, имеет место транспортное запаздывание в составе продукта, выходящего из реактора. [c.298] В случае, когда динамика процесса определяется в основном перемещением материалов, превращение сырья в конечный продукт описывается для идеального реактора уравнением статического материального баланса. Это уравнение может быть затем видоизменено введением соответствующих передаточных функций, характеризующих перемешивание и перемещение материалов. [c.298] В реакторе периодического действия загрузку производят перед началом реакции или в ходе ее. Это различие оказывается весьма существенным. При отсутствии циркуляции материальных потоков такой реактор ведет себя как интегрируюи ее звено. [c.298] Для реакторов трубчатого типа можно принять некоторый средний поток материала через них. Предполагают, что продукты образуются мгновенно на входе реактора, но требуется некоторое время (для их перемещения), прежде чем они могут быть отобраны на выходе из реактора. В другом случае для протекания реакций на входе необходим определенный промежуток времени. При этом реакция может продолжаться и в той части сырья, которая перемещается в потоке. Между смежными слоями материалов, перемещающихся вдоль оси реактора, возможна диффузия. Состав смеси и выход продукта, отводимого из реактора, могут сильно зависеть от времени пребывания реагентов в реакторе. [c.299] Для проведения каталитических реакций применяют два основных типа реакторов. В первом из них газ проходит через катализатор, нанесенный на металлическую сетку, помещенную перпендикулярно к направлению потока. Реакция происходит на поверхности катализатора или, по крайней мере, ограничена небольшой зоной вблизи этой поверхности. В реакторах второго типа имеется стационарный слой пористого катализатора, через который, контактируя с его поверхностью, проходит жидкость или газ. [c.299] В каталитических реакторах, где газ проходит через отверстия или решетку, расположенные перпендикулярно плоскости потока, продукты образуются мгновенно при его пропускании через реакционную зону. [c.299] В реакторах с катализатором в виде пористого слоя или гранулированной насадки реагирующие газы проходят через этот слой или контактируют с насадкой. Реакция протекает во всем объеме слоя (насадки). Для того чтобы выразить степень превращения как функцию расстояния по высоте слоя или насадки, необходимо составить дифференциальные уравнения в частных производных. [c.299] Все большее применение получают реакторы с катализатором в псевдоожиженном слое. Здесь основной проблемой является перемешивание. Мелко раздробленный катализатор находится в тесном контакте с одним или несколькими реагентами. Для локализации реакции в определенной зоне аппаратуры может быть использовано перемещение реагентов и катализатора противотоком или действие силы тяжести на тяжелые частицы. Концентрирование можно регулировать по соотношению потоков. [c.299] ПОМОЩИ теплоносителя или путем проводимости и излучения. Для некоторых реакторов, особенно таких, в которых реакция идет в газовой фазе (реакторы типа печей) и при этом излучается достаточное количество тепла, характерно тепловое саморегулирование. С другой стороны, экзотермические реакции типа полимеризации могут сопровождаться выделением таких больших количеств тепла, что происходит разложение компонентов смеси, состоящей из исходного сырья, полупродуктов и конечных продуктов. Так как скорость реакции является возрастающей функцией температуры, то в конечном счете может измениться направление самой реакции. [c.300] Вследствие недостатков конструкции реактора теплообмен в нем может быть затруднен, что, естественно, ухудшает возможность регулирования температуры. Побочные реакции также возникают в результате неправильного перемешивания в реакторе при этом в нем образуются горячие пятна и рост скорости реакции в данной области приближает ее к условиям взрыва. [c.300] При заполнении реактора поток Q может изменяться во времени по некоторому закону, что же касается отводимого потока, то его изменение во времени зависит от уровня материала в реакторе. [c.300] Интенсивность излучения 1 ) является здесь регулирующим параметром. [c.301] Для определения изменяющегося во времени соотношения между Ni(t) и Qi,n(0 комбинируют совокупность уравнений (VI, 10)—(VI, 13) и выполняют численное интегрирование. Если скорость реакции R велика.по сравнению со скоростью заполнения реактора, то почти все содержимое реактора состоит из конечного продукта. При R Q динамика реактора определяется главным образом постоянной времени процесса перемешивания. [c.302] Реакторы с мешалками. Рассмотрим теперь реактор с мешалкой, работающий в условиях установившихся потоков. Пусть в реактор, обладающий некоторой удерживающей способностью, поступают потоки Qj, Q. и отводится поток Q . Предполагается, что в реакторе осуществляется идеальное перемешивание. Здесь также возможны два случая реакция, протекающая при постоянной или переменной удерживающей способности (уровень). [c.302] Со д—концентрация компонента А в отводимом потоке скорость реакции. [c.302] Как видно из уравнения (VI, 18), получается тот же результат, что и в случае испарения (см. главу V). В реакторе с идеальным перемешиванием постоянная времени убывает с ростом скорости реакции. [c.303] Таким образом, снова получается нелинейное уравнение, для решения которого применяются методы приближенного графического или численного интегрирования. [c.303] Идеальные газовые реакторы. Пусть многокомпонентная однородная смесь газов поступает в реактор трубчатого типа со скоростью Л/ п молей в секунду. Поток состоит из потоков Nп, и N .2,. ..Ми,п- Из уравнения кинетики реакции находят зависимости скорости образования конечного продукта Л р. (в молях за единицу времени) от концентраций С , ССд,. .. или отношений концентраций l,2=NJNС2,ъ= и т. п. Это соотношение используется для управления реакцией. [c.303] Вернуться к основной статье