ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет диаметра трубки или ширины плоского участка, заполненного катализатором из "Основы проектирования каталитических реакторов" Как известно, в теории подобия принимается, что поведение процесса можно прогнозировать, если он подобен другому процессу, т. е. описывается теми же уравнениями и характеризуется теми же значениями некоторых безразмерных величин (критериев). [c.230] Теория подобия играет важную роль при переводе какого-либо процесса в больший масштаб, что часто встречается в инженерной практике Две системы называются геометрически подобными, если отношения линейных размеров их элементов одинаковы. [c.230] Кинетическое подобие требует, чтобы, кроме геометрического подобия, выдерживалось постоянство отношения скоростей в соответственных точках систем. При динамическом подобии, кроме геометрического и кинематического подобия, должно сохраняться соотношение сил в системах. При тепловом подобии, кроме выполнения перечисленных выше условий, требуется, чтобы отношение разностей температур для соответственных пар точек одной системы совпадало с этой же величиной для другой системы. Наконец, условие химического подобия дополняется еще требованием равенства отношений концентраций в соответственных точках систем. [c.230] Критерии подобия являются основой для масштабного перехода. Критерии часто вступают в противоречие друг с другом. При рассмотрении процессов, протекающих в химических реакторах, важную роль играет понятие сопротивления, определяемое как отношение некоторой движущей силы к переносимым за едииицу времени количеству движения, массе, теплу или к количеству превратившегося химического вещества. При увеличении масштаба относительные величины соответствующих сопротивлений меняются. [c.230] Сопротивление химической реакции является основным фактором медленной реакции. Для быстрой реакции сопротивление диффузии может резко сократить скорость процесса, которая зачастую бывает ограничена количеством переносимого тепла. При близких значениях сопротивлений, упомянутых выше, масштабный переход затруднен. [c.230] Одним из первых, обративших внимание на эти особенности химических реакторов, был Дамкёлер Прежде всего он стал учитывать критерий подобия Рейнольдса Не. Кроме того, Дамкёлер ввел еще четыре критерия подобия. [c.231] В приведенных критериях не учитывается теплоперенос за счет конвекции и излучения. В принципе, если две системы характеризуются одними и теми же величинами критериев подобия, то химические реакции, протекающие в этих системах, должны протекать подобным образом, а при одинаковых начальных концентрациях должны совпадать также и концентрации на выходе из реактора. [c.231] Подобие двух систем, эквивалентное равенству критериев подобия, зависит от многих факторов, связанных с кинетикой реакции, физическими свойствами веществ и аппаратурными особенностями. [c.231] в обеих системах должны быть одинаковыми критерии Прандтля Рг = Ср х/Я и Шмидта 5с = i/(p )). [c.231] Фигурирующая в этих формулах величина / является характеристическим размером. В данном случае в качестве такового выступает диаметр слоя. [c.232] Приводит к необходимости понижения тепловыделения в реакторе ири его увеличении. Таким образом, если бы выполнялись все условия подобия, то при увеличении масштаба мы получили бы аппарат, работающий подобно исходному, но с меньшим тепловыделением, т. е. при меньшей скорости потока. Можно, однако, отказаться от геометрического подобия, сохранив кинематическое и тепловое подобие. [c.232] Таким образом, тепловыделение, обусловленное химической реакцией в большем аппарате, должно поддерживаться меньшим, чем в малом, но степень соответствия будет иной по сравнению со случаем полного подобия (включая геометричестое) поперечные размеры реактора должны быть увеличены в я, а не в п раз длину реактора следует увеличить в той же степени, что и в предыдущем случае. [c.233] В дальнейшем применение принципа подобия можно ограничить подобием тепловым и кинетическим. [c.233] Не следует забывать, однако, что иеренос тепла осуществляется не только за счет теплопроводности, но и за счет конвекции. [c.234] Дамкёлер считает, что метод, учитывающий только тепловое и кинетическое подобие, достаточно эффективен. [c.235] Однако в целом, оценивая возможность применения методов теории подобия для расчета химических реакторов, следует признать их ограниченность. [c.235] По мнению Дамкёлера, критериями подобия можно пользоваться при не более чем пятикратном увеличении производительности аппаратуры. [c.235] Глазер проводил опыты с гидрированием этилена в этан в лабораторном аппарате и получил зависимости, представленные на рис. П1-5. [c.235] Как видно из графика, каждому значению критерия Рейнольдса и диаметра реактора соответствует своя максимальная производительность. [c.236] Вернуться к основной статье