Реактор с однофазным потоком

Анализ роста биомассы в любом проточном биореакторе, работающем в непрерывном режиме, включает определение характеристик потока в биореакторе и кинетики происходящих в нем биологических процессов. Характеристики потока во всех реакторах непрерывного действия могут быть описаны по типу распределения времени пребывания субстрата в реакторе. Двумя крайними случаями распределения времени пребывания являются реактор идеального вытеснения и реактор полного смешения. При работе в однофазной системе можно представить существование как этих крайних случаев, так и множества промежуточных ситуаций. Однако дать ответ на вопрос о типе перемешивания в биореакторах, в которых происходят микробные процессы, гораздо сложнее. Пока есть возможность работать с дискретно диспергированными в жидкости клетками, в условиях идеального крупномасштабного перемешивания, существенные градиенты будут иметь место только в малых локальных зонах. Поэтому в случае бактериальных суспензий в биореакторах [c.105]

Несмотря на возрастающую роль многофазных жидкостных реакторов в химической и нефтехимической промышленности, степень разработки вопроса остается пока недостаточной. Это объясняется не только общей сложностью задачи, но и определенными недостатками в методах изучения и описания отдельных сторон процесса, та7 пх как закономерности формирования и гидродинамика двухфазных систем, условия массообмена между фазами и т. д. Поэтому степень обоснованности и надежности расчета различна для разных вариантов процессов и конструкций реакторов, что не могло не отразиться на изложении материала книги. Хотя специфика жидкостных реакторов проявляется больше всего в реакторах с многофазными потоками, однако для общности в книге рассмотрены и реакторы с однофазным потоком. Авторы сосредоточили внимание на рассмотрении отдельных сторон общих процессов в реакторах п взаимосвязи отдельных факторов, определяющих их протекание, прежде всего—на взаимосвязи скорости химической реакции и скорости процессов переноса. Менее специфическим вопросам авторы уделили меньшее внимание, отсылая читателя к соответствующим литературным источникам. [c.3]

Рис. 4.1. Схема] установки с дифференциальным реактором для однофазного потока

Дифференциальные реакторы для жидкостных реакций в однофазном потоке обычно выполняют в виде проточного аппарата с мешалкой. Схема установок с таким реактором элементарно проста (рис. 4.1). При гетерогенно-каталитических реакциях задача несколько усложняется, хотя схема установки остается прежней. Катализатор в этом случае применяется либо в виде зерен (тогда [c.66]

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РЕАКТОРОВ ДЛЯ ГОМОГЕННЫХ РЕАКЦИЙ В ОДНОФАЗНЫХ ПОТОКАХ [c.101]

Более подробно математические модели реакторов для гомогенных реакций с однофазным потоком рассмотрены в ряде общеизвестных монографий [3—61. [c.103]

Глава 6. Математические модели реакторов для гомогенных реакций в однофазных потоках............... [c.318]

V1I.4. РЕАКТОРЫ ИДЕАЛЬНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ С ОДНОФАЗНЫМ ПОТОКОМ [c.282]

Как указывалось в главе VI, для зернистого слоя характерно практическое отсутствие смешения вещества в направлении, обратном движению потока. Поэтому реакторы с неподвижным зернистым слоем катализатора хорошо описываются моделью идеального вытеснения. Проточные аппараты с однофазным потоком могут рассчитываться [c.283]

Первые две модели являются в некотором смысле идеальными для промышленных объектов. Однако можно указать области, в которых эта идеализация вполне приемлема. Так, при исследовании потоков жидкости или пара, движущихся с большой скоростью по трубе с значительным отношением длины к диаметру, допустимо применение модели полного вытеснения. Для реактора с мешалкой часто справедлива гидродинамическая модель полного перемешивания. Для изучения явления перемешивания и обобщения экспериментальных данных предложен ряд моделей гидродинамического потока диффузионная, ячеечная, с байпасированием потока [16]. Достаточно убедительных соотношений, точно определяющих характер режима перемешивания, в технической литературе нет. Рекомендуемые расчетные соотношения приведены в работах [16, 17]. Трудности решения задач гидродинамики потоков резко возрастают при переходе от однофазной системы к двухфазной. Вопросы гидродинамики двухфазных систем рассмотрены в работах [ 8, 19]. [c.27]

Слой катализатора был представлен как реактор идеального вытеснения без теплообмена с окружающей средой. Поток в реакторе однофазный, концентрация и температура смеси по высоте слоя постоянны. [c.226]

Несовместность критериев подобия, во-первых, создает непреодолимые трудности при составлении критериальных уравнений и, во-вторых, указывает на то, что для химических реакторов, строго говоря, полного подобия создать нельзя. Это ограничивает применение метода физического моделирования в исследованиях процессов химической технологии, но отнюдь не исключает его. Физическое моделирование может успешно применяться в ряде технологических исследований и расчетов, например для гидравлических или тепловых систем с однофазным потоком. Такие системы сравнительно просты и при их рассмотрении можно оперировать ограниченным числом критериев [1]. [c.15]

Здесь д и дс — значения плотности теплового потока в стенку реактора для двухфазного и однофазного потоков соответственно и Сг — расходы жидкости и газа. В качестве определяющей температу- [c.188]

До недавнего времени анализ работы химических реакторов не выходил за пределы алгебраических расчетов материальных и тепловых потоков, проводимых без учета макрокинетики химических процессов, а временные характеристики, необходимые для управления процессом, совсем не учитывались. Вопросы оптимизации процессов химической технологии практически не рассматривались. Основным методом расчета таких процессов был метод теории подобия, сводившей дифференциальные уравнения процесса к соответствующему набору безразмерных комплексов физических величин (критериев подобия), нахождение связи между которыми и составляло основную задачу получения расчетных формул. Этот прием, оправдавший себя для детерминированных однозначно протекающих физических процессов в однофазных системах со строго фиксированными границами, позволил получить расчетные уравнения для ряда инженерных задач гидродинамики, теплообмена и в меньшей степени для массообмена, но оказался недостаточным для двухфазных систем и процессов, осложненных химическими реакциями. В последнем случае из-за несовместимости критериев [c.5]

Специфические особенности жидкостных гетерогенно-каталитических реакторов особенно сильно проявляются в реакторах с двухфазным потоком, из которых почти исключительно применяются реакторы для систем жидкость — газ. Вследствие этого рассмотрим только указанный вариант. Для сравнительно немногочисленных случаев реакторов с гетерогенным катализатором и однофазным жидкостным потоком вполне можно воспользоваться общими методами, изложенными в монографиях [1] и [2] с учетом соображений, изложенных в гл. 6, и специфики кинетики и макрокинетики жидкофазных реакций на твердых катализаторах, описанных в гл. 3, а также особенностей процессов переноса и гидродинамики жидкости, изложенных, например, в монографиях [3] и [4]. [c.184]

В гл. II рассматривается массообмен между потоком и катализатором для реакторов со стационарным и кипящим слоем, а также для трехфазных реакторов. Для большинства промышленных реакторов характер течения жидкости и условия контактирования весьма сложны. Исключение составляет реактор со стационарным слоем при однофазном течении реагентов. Впрочем, количественный анализ даже этой системы часто затруднителен. Вопросы, связанные [c.11]

Лишь для систем с однофазным сырьевым потоком [273 ] расчет реактора такого типа может быть произведен совместными решением уравнений материального и теплового балансов реагирующ,ей смеси с уравнением теплового баланса хладагента [c.169]

Если поток реагентов однофазный, то уравнения математической модели реактора могут быть написаны в квазигомогенном приближении как для мелкодисперсного суспендированного, так и для зернистого неподвижного катализатора. Если поток реагентов многофазный, то естественно, квазигомогенная модель не приложима расчет ведется по методам, изложенным в разделе VII.7. Однако, [c.274]

Система уравнений ( 11.90)—( 11.94), тем более дополненная уравнениями теплового баланса, слишком сложна даже для численных решений на современных ЭВМ. Поэтому систему уравнений ( 11.90)—( 11.94) неизбежно приходится упрощать. (Ошибки в определении коэффициентов модели обычно значительно превосходят неточности от упрощения модели). В первую очередь, сплошную фазу с катализатором рассматривают как квазигомогенную, аналогично тому, как это делается для однофазных реакторов с зернистым слоем катализатора. Принимают, что скорость теплообмена между фазами бесконечно велика. Далее, по возможности, принимается наличие предельных гидродинамических режимов (идеальное вытеснение или смешение) и постоянство объема потоков и, наконец, если это допустимо, пренебрегают уносом газом компонентов жидкой фазы. Тогда для таких простейших случаев в приближении идеального вытеснения по обеим фазам система уравнений принимает вид (для реакции А В С) [c.307]

Модели реакторов со стационарным слоем катализатора и однофазным потоком газа (жидкости) уже обсуждались в предыдущем разделе и достаточно полно представлены в литературе [4]. Здесь основное внимание будет уделено моделированию аппаратов со стационарным слоем катализатора и двухфазным газожидкостным-потоком (РССГЖП), в которых через неподвижный слой гранул катализатора непрерывно пропускается газ и жидкость, а также будут рассмотрены подходы к моделированию реакторов с трехфазными потоками и суспендированным слоем катализатора (РГЖПСК) [21, 23]. [c.232]

При однофазном потоке, как и в газовой фазе, процессы превращения веществ протекают в несколько стадий 1) подвод реагентов пз ядра потока к вненшей поверхности катализатора 2) диффузия реагентов в порах катализатора из раствора к его внутренней поверхности 3) адсорбция реагентов 4) собственно химическая реакция на поверхности катализатора 5) отвод продуктов реакции через стадии десорбции и внутренней, и внешней диффузии. При двухфазном потоке вследствие того, что катализатор смачивается одной пз фаз, эта последовательность не нарушается, однако ей предваряется либо за ней следует стадия диффузии реагентов или продуктов в дисперсную фазу. Особенно четко это проявляется в газожидкостных реакциях, где катализатор пропитан жидкостью или покрыт ее пленкой. Диффузия из одной фазы потока в другую, которую обозначим как межфазную, протекает в общем так же, как и в случае двухфазных систем без твердого катализатора (см. гл. И). Межфазная диффузия не имеет, собственно, прямого отношения к гетерогенно-каталитической реакции, но доляша учитываться при расчетах реакторов (см. гл. 10). Поэтому в настоящей главе рассматриваются только явления, происходящие в системе раствор — твердый катализатор. [c.47]

Когда реакции протекают в однофазном потоке с временами порядка десятка и более минут, то кинетику, как указывалось, удобнее изучать статическим методом. Временем смешения реагентов при указанной длительности реакций можно пренебречь. При отсутствии катализатора реакцию ведут в обычной аппаратуре (колбе, аппарате с мешалкой), снабженной измерителем температуры и либо помещенной в термостат, либо адиабатизированной, либо снабженной автоматической регулировкой температуры. Естественно, что в случае нагрева содержимое приходится перемешивать или вести процесс при кипении, а при необходимости — снабжать реактор обратным холодильником. Объем проб, отбираемых из аппарата, в сумме не должен превышать нескольких процентов (1—5%) от общего реакционного объема. Пробы должны отбираться из реактора не равномерно по времени, а в начале чаще, затем реже. Еслп реакции протекают в присутствии гетерогенного катализатора, то в данных случаях проще всего его вводить в реактор в раздробленном виде и рассчитывать скорость реакции на единицу массы или объема катализатора. В этом случае обязательно достаточно интенсивное перемешивание, чтобы катализатор полностью находился во взвеси. Бояться при этом диффузионных помех, как это вытекает из соображений, изложенных в гл. 3 и 10, не следует. При необходимости изучать кинетику относительно медленных гетерогенно-каталитических реакций на зернах промышленного размера можно применять статические аппараты с внутренним контуром циркуляции (см. стр. 69), но при этом нужно убедиться в отсутствии внешнедиффузионного торможения (см. стр. 73—75). [c.65]

Поскольку в реакторе используются разные катализаторы по слоям, то предэкспоненциальные множители и энергии активации в дв тс слоях для реакций могут ра шичаться. Слой катализатора был представлен как реактор идеального вытеснения без теплообмена с окружающей средой. Поток в реакторе однофазный, концентрация и температура смеси по высоте слоя постоянны. Между слоями катализатора в камере идеального смешения в реакционную смесь добавляется холодный квенч. [c.228]

Известно очень мало данных по перепаду давлений при течении через насадку двух жидкостей, как, например, при жидкостной экстракции. Но это часто и неважно, если аппарат не работает в режиме захлебывания. Для слоев из мелких частиц (скажем, гранул катализатора или прессованных частиц в каталитическом реакторе) значения АР в однофазном потоке получают из уравнения Козени —Кармана или из корреляционной зависимости Эргуна [28]. Немного сведений имеется и по перепаду давления при прямоточном течении как газов, так и жидкостей в слоях из мелких частиц (например, в реакторах с орошаемым слоем). Можно, однако, порекомендовать работы Уикмана и Майерса [119], Шарпентьера, Проста и Легоффа [12], Ларкинса, Уайта и Джеффри [56]. [c.616]

Слой катализатора был представлен как реактор идеального вытеснения без теплообмена с окружающей средой. Поток в реакторе однофазный, концентрация и температура смеси по высоте слоя постоянны. Разработка математической модели велась в программе GMTP , разработанной в УГНТУ. [c.75]

В реакторах прямоточного типа охлаждающая вода поступает в недогретом состоянии, а выходит в виде перегретого пара. В таком реакторе по мере течения пароводяной смеси коэффициент теплоотдачи изменяется по закону коивекции однофазного потока иа входном и вы- [c.318]

Прохождение потока ингредиентов в проточных реакторах может сопровождаться заметными потерями давления, особенно в случае газов или газожидкостных смесей, как, например, при крекинге углеводородов. Этот случай разобран в примере У-5, а более точный метод расчета градиента давления дан Ченоветом и Мартином . Здесь будут рассмотрены только однофазные жидкости. [c.146]

Классификация реакторов для гетерогенных систем (в которых возможно проведение и однофазных процессов) может быть основана на различных соображениях какое число фаз подается непрерывно, насколько существенно перемешивание в направлении потока (по сравнению с потоками в идеальных кубовом и трубчатом реакторах, представляющих собой два предельных случая). Кроме того, возможно несколько способов перемешивания двух или более фаз. Викке и ван Кревелен разработали принципы комбинирования способов, часто встречающихся в практике. [c.39]

ОКС может быть описан как система двух однофазных, обме-нямюидихся потоком реакторов идеалLнoгo Бктесие.ния, Линейные скорости в плотной части слоя и пузырах характе- [c.37]