Увеличение масштаба химических реакторов

УВЕЛИЧЕНИЕ МАСШТАБА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ [c.230]

Кинетика химического процесса интересует проектировщика промышленных реакторов постольку, поскольку она может повлиять на разрабатываемую конструкцию. Для него важно знать, не изменятся ли кинетические зависимости, определенные теоретически или экспериментально, при увеличении масштаба. [c.116]

Значительное увеличение масштабов производства минеральных удобрений, полимеров и сырья для них стало возможным благодаря созданию и эксплуатации агрегатов большой единичной мощности, достигающей по производству аммиака, серной кислоты, хлорвинила и этилена 500 тыс. т/год, а по производству азотной кислоты и аммиачной селитры — 400 тыс. т/год. Если раньше промышленные реакторы для осуществления полимеризации имели объем от 4 до 40 м , то теперь они достигли 200—300 м . На современном химическом предприятии можно видеть контактные печи для производства серной кислоты диаметром 5 м, ректификационные колонны высотой 10 м и реакторы для синтеза аммиака диаметром более 2 м и высотой 60 м. Наряду с увеличением размеров химических аппаратов наблюдается быстрый рост их интенсивности. Под интенсивностью работы аппарата понимают производительность, отнесенную к единице его поверхности или объема. Например, размеры аммиачного реактора за последние 10 лет увеличились в 4 раза, а интенсивность возросла в 10—15 раз. Разумеется, что создание и эксплуатация агрегатов большой единичной мощности создает ряд проблем, среди которых немаловажную роль играет сложность монтажа гигантских установок, организация безопасности их работы, исключительно большие убытки при вынужденных остановках и вместе с тем большая подверженность повреждениям, особенно при наличии отдельных дефектов конструкционных материалов, оборудования или монтажа. Наконец, создание таких гигантских установок требует больших капитальных затрат, а возможность перестраивать, усовершенствовать такое производство или приспосабливать его для других целей очень ограничена. [c.215]

Моделирование химических реакторов на основе данных, полученных в реакторах малого диаметра, не может быть успешным вследствие резкого изменения интенсивности межфазного обмена и продольного смешения в плотной фазе с увеличением масштаба реактора, [c.312]

Таким образом, реактор является главным аппаратом технологической установки и по значению занимает ведущее место в производстве химических продуктов, а учение о химических реакторах составляет часть теоретического фундамента любой отрасли химической технологии. Дальнейшее развитие химической, нефтехимической и смежных с ними отраслей промышленности, резкое увеличение масштабов их производств вызвали необходимость создания новых химических реакторов большой единичной мощности, имеющих огромную производительность, оптимальные размеры и высокую надежность работы. Например, производительность единичного агрегата синтеза аммиака составляет 1500 т/сутки, серной кислоты— 2000 т/сутки, цемента — 3000 т/сутки. [c.446]

Переход от лабораторных моделей химических реакторов к аппаратам промышленного масштаба, ак правило, сопровождается понижением эффективности. Это явление объясняют поперечной неравномерностью потоков, возрастающей с увеличением диаметра аппарата. Коэффициент понижения эффективности работы аппарата за счет неравномерности потока может быть выражен следующим образом [c.92]

Начиная с 50-х годов химическая технология вступила в новый этап своего развития, характеризуемый увеличением темпов и масштабов роста промышленности, резким увеличением единичной мощности агрегатов и поточных линий, автоматизацией управления процессами. Стали ведущими проблемы создания теории непрерывных химических процессов, единых кинетических закономерностей, химических реакторов и т. д., включая вопросы инженерной экологии и энергосбережения. В настоящее время в большинстве химико-технологических, технологических, машиностроительных и политехнических вузов курс процессов и аппаратов — основная инженерная дисциплина, закладывающая фундамент общей технической подготовки будущих специалистов-технологов и механиков. В этом курсе изучают [2-31] теорию основных процессов, принципы устройства и методы расчета типичных аппаратов и машин, в которых осуществляются эти процессы, на основе фундаментальных законов физики, химии, математики, термодинамики и других наук кроме того, широко привлекаются методы математического моделирования, оптимизации и системного анализа. [c.13]

Так как увеличение производства непосредственно связано-с предварительным определением размеров химических аппаратов, то расчет реакторов промышленного масштаба имеет первостепенное значение. В гл. 7 и 8 было показано, что две системы подобны, т е. могут быть описаны однородной линейной функцией типа у = Ку, если имеется столько же зависимостей, сколько степеней свободы в системе. Четыре группы переменных величин имеют наиболее важное значение 1) геометрические 2) гидродинамические (т. е. описываюш ие импульс) 3) тепловые (т. е. определяющие энтальпию) и г) химические (т. е. определяющие компоненты). [c.230]

Несмотря на то что кинетика простых химических реакций не зависит от масштаба эксперимента, это не дает оснований непосредственно переносить результаты лабораторных исследований на промышленные установки. Любой реальный химический процесс, особенно протекающий в больших масштабах, всегда сопровождается переносом реагирующих веществ и продуктов реакции с одновременным выделением или поглощением тепла. Эти процессы сложным образом зависят от величины и геометрии реактора. В итоге протекание процесса сильно зависит от масштаба реактора. Так, при увеличении его диаметра возможно снижение эффективности, уменьшение выхода основного продукта и образование нежелательных побочных продуктов, которых не было при лабораторных исследованиях. Практически это означает, что для переноса результатов лабораторных исследований в масштаб завода надо в несколько этапов воспроизводить исследуемый процесс, переходя от меньших масштабов к большим, проходя через этапы пилотных и полупромышленных установок. При этом должны быть выдержаны постоянными критерии подобия — безразмерные величины, составленные из комбинаций различных физических величин. [c.322]

Случай абсорбции, сопровождающейся химической реакцией, когда все реагирующие компоненты поступают в жидкость из газовой фазы, практически ие исследован. Поэтому для оценки масштаба увеличения скорости окисления при переходе к подаче в реактор парообразного углеводорода вместо жидкого оказалось необходимым получить ряд количественных характеристик диффузионно-реакционного процесса, который протекает согласно модели II. Этот процесс сопровождается [c.22]

Эти реакторы применяют в большинстве случаев для физических процессов (растворение, разбавление, гомогенизация), а также в сравнительно широком масштабе используют и для проведения химических превращений. Решающими фактора.ми, на которые в этих случаях оказывает влияние перемешивание, являются массопередача и теплопередача. Как уже было сказано, эти процессы ускоряются с увеличением турбулентности, и поэтому для реакторов выгодно применять мешалки наиболее интенсивного действия. [c.232]

Однако применение пламенных реакторов в промышленных масштабах оправдано лишь в том случае, если скорость реакции достаточно велика, и для завершения процесса требуется время, не превышающее 0,5—1,0 сек. В противном случае эксплуатация реактора чрезвычайно усложнилась бы из-за его больших размеров. Поскольку интенсификация химических процессов в большинстве случаев достигается увеличением температуры, то пламенные реакторы отличаются от сопоставимых с ними других реакторов именно высокой рабочей температурой реагирующей смеси. Минимальными значениями температуры можно считать 600—800° С, но в большинстве случаев температура в зоне горения факела превышает 1000 и даже 2000° С. [c.313]

Следовательно, в модели скорость реакции должна быть К -кратной. Однако по уравнению (11-114) в системах только тогда достигается тепловое подобие, когда температура в соответственных точках модели и промышленного аппарата совпадают, т. е. температурные члены (скалярные поля) полностью соответствуют друг другу но равенство температур является условием одинаковой скорости реакций, и поэтому уравнение (11-119) невыполнимо. Эти выводы показывают, что при увеличении масштаба химических реакторов следует довольствоваться лишь приближенным подобием, для чего инженер должен знать главные влияющие на процесс величины. Основные работы в этой области выполнены Корахом [161. [c.233]

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]

Бурный рост химической промышленности в СССР и развитых капиталистических странах потребовал резкого увеличения объема и масштабов научных промышленно-исследовательских и проектноконструкторских работ по созданию химических реакторов. Поэтому книга проф. О. Левеншпиля, доступная и полезная для ознакомления с началами теории реакторов, в настоящее время лишь частично отражает состояние в данной области. В книге не освещены современ- [c.10]

Т.е. коэффициент р отличается от Р лишь мнояштелем 01/Л. В случае использования коэффициента Р для оценки устойчивости модели и оригинала при масштабировании и увеличении масштаба величина tg и общая теплоемкость массы возрастают в одинаковое число раз, так что их отношение остается постоянным. Это показывает, что при масштабировании между коэффициентами р и Р существует однозначная зависимость, но связанная с масштабом процесса. Следовательно, при анализе устойчивости химических реакторов для целей масштабирования можно пользоваться коэффициентом р. [c.422]

Высокие темпы развития химической промышленности сопровождаются быстрым ростом производительности химической аппаратуры, в том числе и реакторов. С ростом производительности реакторов изменяется их конструкция, так как увеличение единичной мощности (за счет увеличения размеров) возможно в ограниченных пределах, потому что с увеличением масштаба изменяются гидродинамические условия, температурные и концентрационные поля, а также их влияние на скорость химического превращения. За последние годы получили распространение реакционные аппараты с псевдоохлажденным слоем катализатора или реагирующего вещества. Эти аппараты несложны по конструкции, количество катализатора в них составляет 40—100 м а их годовая мощность— до 50 000 т. [c.81]

ААетод математического моделирования позволяет установить условия проведения химического процесса в промышленном реакторе на основе оптимальных условий, полученных для него в лабораторных опытах, с использованием кинетических и гидродинамических закономерностей для этой реакции. Оказывается, что условия проведения химической реакции, которые в масштабе лабораторных опытов были оптимальными, перестают быть таковыми при увеличении размера реактора. Это объясняется тем, что при изменении масштаба аппарата меняются условия массо- и теплопередачи. Поэтому реакцию в промышленном реакторе нужно проводить при другой температуре, при другом составе реакционной смеси и т. п. Обычно после лабораторных опытов проводят крупнолабораторные опыты и полупромышленные испытания, в которых дополнительно уточняют требуемые условия проведения процесса. Это удлиняет срок использования результатов лабораторных исследований в промышленности до 4—5 лет. [c.437]

Изменение масштаба процесса (заметим, что это относится как к его увеличению, так и к уменьшению) подвергает самому суровому испытанию все компоненты модели, полученные экспериментальным путем. Даже такие факторы, как константы скорости химических реакций, которые, как можно было бы ожидать, не должны меняться в зависимости от размеров реактора, не остаются неизменными. Например, селективное каталитическое окисление пропилена с получением акролеина и акриловой кислоты может перейти в цепную реакцию горения с выделением СО2 и СО [118]. В процессах, проте-каюпщх с участием радикалов и характеризующихся влиянием стенок сосудов, форма и размер аппарата становятся существенно важными факторами общей кинетической картины. Только в самых простых случаях, таких, как некоторые гомогенные жидкофазные реакции, можно рассчитывать на то, что кинетических данных, полученных лабораторным путем, будет достаточно для значительного масштабирования. Впрочем, и после того как будет подучена твердая гарантия, что эффект стенок отсутствует и что реакции будут идти с теми же скоростями, а константы скорости останутся прежними, введение в процесс даже такого, казалось бы, безо дного компонента, как перемешивание исходных компонентов, порождает проблему масштабирования. Ведь даже в условиях так называемой гомогенной реакции одно дело перемешивать жидкости в лабораторном сосуде и совсем другое — в реакторе емкостью 20 м . Форма и размер реактора, расположение штуцеров, через которые подаются жидкости, подлежащие перемешиванию, и гидродинамический режим, обусловленный геометрией пространства около ввода сырья, — все эти факторы будут оказывать существенное воздействие на характер перемешивания. [c.258]