ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Интенсивность газожидкостного реактора из "Интенсификация газожидкостных процессов химической технологии" Если Ув В2, т. е. когда реакционный процесс лимитируется подводом к зоне реакции компонента В, получается выражение, аналогичное уравнению (3). [c.16] Из выражений (8) и (3) следует, что для интенсификации процесса в газожидкостном реакторе необходимо вначале определить лимитирующую стадию процесса. Если лимитирующей стадией является массоперенос, то в целях интенсификации необходимо обратиться к соответствующим РТ- и АК-методам. Для интенсификации собственно реакционного процесса в жидкой фазе следует использовать те РТ-методы, которые оказывают влияние на скорость химической реакции (увеличение давления и температуры, применение катализаторов, совмещение химических реакций и др.). [c.16] В работах [45 120] проведены систематизация, анализ и оценка технологических возможностей совмещенных реакционно-массообменных процессов. При рассмотрении таких процессов в газожидкостных системах их целесообразно разделить на хемосорбционные, когда осуществляется реакция между растворенным газом и собственно абсорбентом или одним из его компонентов, и процессы, где за счет массообмена удаляются продукты реакции, проходящей в жидкой фазе. К последним следует отнести реакционно-десорбционные и реакционно-ректификационные процессы. [c.18] Как известно, при массообмене между газом и жидкостью при некоторых условиях массоперенос значительно увеличивается вследствие возникновения в поверхностных слоях жидкости конвективных токов, усиливающих случайные мелкие возмущения. Это явление, называемое поверхностной или межфазной турбулентностью, возникает в результате трения между газом и жидкостью и резких изменений физических свойств в поверхностном слое жидкости и газа (эффекты Рэлея и Марангони). [c.19] Для описания явления межфазной турбулентности в последнее время используют модель вращающихся ячеек [6 145], согласно которой вихри жидкости доставляются на ее поверхность из основной массы за счет пульсаций скорости. Это приводит к появлению зон с различными значениями поверхностного натяжения о, вследствие чего возникает перемещение массы жидкости в направлении зон с боль-шн поверхностным натяжением а. Поверхность жидкости, согласно этой модели, представляет собой множество вращающихся ячеек (ячеек Бейарда), размеры которых вдоль соответствующих осей равны половине длины волны. [c.19] Поверхностная турбулентность может быть вызвана не только появлением продольных градиентов поверхностного натяжения, обусловленных протеканием химической реакции, флуктуациями температуры, состава и появлением поверхностно-активных продуктов реакции, но и возникновением градиентов плотности жидкости. [c.20] Все вышеприведенные сведения получены в результате теоретического и экспериментального изучения процессов экстракции, физической абсорбции и хемосорбции. Можно предположить, что ещ-е в большей степени явление поверхностной турбулентности проявляется при осуществлении ре-акционно-диффузионных процессов, где за счет диффузии отводятся продукты реакции, проходящей в жидкой фазе. Действительно, можно показать, что в этом случае отвод продуктов способствует увеличению скорости обратимого процесса в соответствии с принципом Ле-Шателье, а для необратимого — вследствие закона действия масс, так как в реакционной массе при отводе продуктов реакции увеличивается концентрация реагентов. [c.20] Важной особенностью реакционно-ректификационных и реакционно-десорбционных аппаратов и процессов является то, что, организуя отвод продуктов реакции за счет наложения массообменного процесса в такт реакции, можно обеспечить практически постоянную (или даже увеличивающуюся) во времени (или по высоте аппарата) концентрацию исходных веществ в жидкой фазе. При постоянстве концентрации реактантов соответствующие концентрационные множители в кинетическом уравнении можно включить в константу скорости, при этом кажущийся порядок реакции уменьшается. Таким образом, накладывая на химический процесс диффузионный, можно понизить общий кинетический порядок реакции вплоть до нулевого (правильнее ( псевдонулевого ). [c.21] Рассмотрим совмещенный реакционно-массообменный процесс, протекающий в газожидкостном аппарате. [c.21] Уравнения (13) и (14) учитывают перенос вещества из элементарного объема неподвижной жидкости только за счет молекулярной диффузии, что далеко не соответствует реальным объектам—реакционно-массообменным аппаратам, где одновременно протекают диффузия, конвекция и химическая реакция. Анализ таких сложных процессов проводят [116] с помощью наиболее простой и наглядной пленочной модели. Предположим, что для рассматриваемого случая десорбции имеются две стадии — конвективно-диффузионный перенос веществ В и О из жидкости к границе раздела фаз и аналогичный процесс переноса от границы раздела фаз в газовую смесь, содержащую в общем случае какой-то инертный газ. Распределение концентраций в таком процессе для компонента В показано на рис. 2. [c.22] Рассмотрим процесс, протекающий в реальном аппарате для одновременного проведения реакционного и массообменного процессов при непрерывном протоке фаз. [c.23] Л ожно показать, что при 0 р О величина С = С + + [г (1 — ф)]/(РжйЯ), а при Дпр оо величина С = гН/ , что соответствует реактору полного смешения. [c.25] Одним из признанных эффективных РТ-методов интенсификации газожидкостных реакционных и совмещенных процессов является рециркуляция непрореагировавшего сырья. Теоретически показано 188 , что при осуществлении равновесных или ингибируемых продуктами реакций может быть найдена оптимальная степень рециркуляции части реакционной смеси или непрореагировавгпего сырья, при которой производительность реактора выше, чем в реакторах вытеснения или смешения. [c.25] Использование современного математического аппарата и возможностей вычислительной техники позволяет решать задачи оптимизации рециркуляционных процессов с позиций системного анализа. В связи в этим важное значение приобретает проблема выбора критерия оптимизации. Между тем среди исследователей нет единого мнения по этому вопросу. Так, в работах [83 107] в качестве критерия используют максимальную скорость превращения или производительность реактора, в работе [132 — выход целевого продукта, а в работе [137]— стоимость производства. В последние годы М. Ф. Нагиев с сотрудниками приняли экономические критерии себестоимость продукции, функцию дохода и др. [c.26] Интенсификация рециркуляционных реакционных процессов является, по-видимому, тем случаем, когда использование только декомпозиционных методов не может привести к техническому успеху из-за ограничений, налагаемых экономикой производства в целом. Наряду с использованием декомпозиционных методов целесообразно применение комплексных методов интенсификации с использованием экономических либо технико-экономических параметров оптимизации. [c.27] Фундаментальные исследования в области рециркуляционных процессов провел М. Ф. Нагиев [83], который показал, что многократное возвращение в зону реакции непрореагировавшего сырья увеличивает выход конечных продуктов, и теоретически возможно добиться полного превращения сырья даже для реакций, имеющих кинетические или термодинамические ограничения. Только в том случае, когда система работает с бесконечным количеством рециркулята, а степень превращения за один проход стремится к нулю, химический процесс осуществляется в идеальных условиях. Такие идеальные условия практически невозможно создать при использовании традиционного для рециркуляционных процессов технического решения, по которому из реактора смесь непрореагировавших веществ и продуктов реакции поступает в автономную разделительную систему, после которой непрореагировавшие вещества смешиваются со свежим сырьем, и смесь возвращается в реактор. Уменьшение степени превращения за один проход при такой технологической схеме приводит к увеличению количества реакторов и разделительных систем и неоправданному усложнению производства. [c.27] Из данных табл. 1 видно, что сочетание внешнего и внутреннего контуров рециркуляции (т. е. организация рецикла в совмещенных реакционно-массообменных процессах) не представляет практического интереса, если не меняются основные технологические параметры процесса. [c.29] Совмещенные реакционно-массообменные процессы очень сложны и строгих методик их расчета пока не предложено. Большинство работ посвящено расчету хемосорбционных процессов, теория которых достаточно разработана. Для более сложных процессов, как реакционно-ректификационные, реакционно-десорбционные, используют [45] итерационные методы, подобные методу расчета ректификации Сореля. К сожалению, учет химической реакции в жидкой фазе путем введения в уравнения материального и теплового балансов дополнительных членов, соответствующих изменению количества вещества и тепла за счет реакции, не отражает влияния отвода продуктов реакции в момент их образования на скорость химического процесса. [c.30] При расчете неизотермических реакционно-массообменных аппаратов появляется необходимость определения оптимального распределения температуры по высоте аппарата. Эта задача осложняется при расчете газожидкостных аппаратов ввиду значительного различия в теплоемкостях газовой и жидкой фаз, влияния температуры на распределение компонентов между фазами, а также взаимного влияния процессов переноса тепла и массы на процесс химического взаимодействия. Кроме отмеченной выше обратной связи, обусловленной влиянием массообмена на скорость химической реакции, в изотермическом реакционно-массообменном аппарате возникает еще одна обратная связь, обусловленная зависимостью скорости химической реакции от температуры, в свою очередь зависящей от тепловыделения. Поэтому предпочтение следует отдать методам, основанным на экспериментальном исследовании процесса в условиях, максимально приближенных к производственным, и использовании полученных данных для расчета с учетом вопросов масштабного перехода. [c.30] Для расчета необходимы следующие исходные данные расход жидкости и газа О у, состав исходной смеси, состав газа, поступающего в куб колонны, температура исходной смеси и давление в аппарате. [c.31] Вернуться к основной статье