Типы реакторов и химическая кинетика

Имеющиеся сейчас на русском языке книги, в том числе курсы химической кинетики, не затрагивают вопросов инженерного расчета промышленных химических реакторов. Вышедшие за рубежом в последние годы другие книги этого типа уступают предлагаемой в том плане, который указан выше. Все это по. воляет рекомендовать вниманию советского читателя данный перевод. [c.8]

ТИПЫ РЕАКТОРОВ И ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА [c.9]

Проточные интегральные реакторы типа колонок ввиду трудности достижения нужного гидродинамического режима и учета изменения объема фаз при исследовании химической кинетики реакций в двухфазных потоках почти не применяются, [c.71]

Помимо простоты математической обработки результатов опыта, такие реакторы обладают тем существенным преимуществом, что вследствие больших скоростей циркулирующего потока или применения специальных турбулизаторов можно устранить внешнедиффузионное торможение. Конструкция аппаратов позволяет применять мелкодисперсный катализатор, тем самым ликвидируя и внутри-диффузионные помехи. Поэтому аппараты такого типа нашли широкое применение для детального изучения химической кинетики гетерогенно-каталитических процессов. [c.403]

Кинетика газожидкостных реакций достаточно подробно освещена в вышедших в последнее время монографиях [4, 20]. Достаточно полно отражена в отдельных изданиях [30, 89] и актуальная проблема математического моделирования химических реакторов. Однако определяющие их факторы — гидродинамические явления при взаимодействии газа с жидкостью, конвективный теплообмен между газожидкостной смесью и стенками теплообменных элементов и массоперенос в гетерогенных системах — в обобщенном виде и с необходимыми теоретическими предпосылками до сих пор не освещались. Эти явления рассмотрены в книге применительно к реакторам различных принципов действия (барботажным, газлифтным, с механическим диспергированием газа, пленочным). Каждому типу реактора дана оценка с точки зрения его использования в тех или иных условиях, что позволит проектировщикам этой аппаратуры обоснованно подойти к выбору нужной конструкции. [c.3]

Кинетика реакций в открытых системах. Перейдем к рассмотрению химических систем реакций в открытых системах, в которых происходит обмен веществом с окружающей средой. Примером описания систем такого типа может служить кинетика реакций в реакторах идеального смешения при постоянном объеме. [c.176]

Основным инструментом для проектирования является математическое описание физико-химических закономерностей химического процесса, т. е. уравнения кинетики, гидродинамики, фазовых равновесий,тепло-и массопереноса, на базе которых формируются вычислительные блоки или модули, обеспечивающие расчет отдельных характеристик или параметров процесса в соответствии с конкретной постановкой задачи. При этом можно выделить некоторые модули, являющиеся обязательными элементами комплексной программы проектирования любого химического реактора программу расчета выходных потоков и параметров их состояния для различных типов реакторов программу расчета конструктивных размеров аппаратов при заданных параметрах входных и выходных потоков программу расчета стационарных состояний и тепловой устойчивости программу расчета динамики реакторных блоков. [c.176]

Основными факторами сравнения химических реакторов, определяющими выбор типа аппарата, являются кинетика химической реакции, отношение порядков основной и побочных реакций, а также распределение времени пребывания реагентов, концентраций и температур в реакционном объеме. Эти факторы в различных типах реакторов могут по-разному влиять на степень превращения реагентов, избирательность их химического превращения, себестоимость получаемого продукта. Одной из важнейших характеристик реактора является его удельная производительность, непосредственно связанная с кинетикой химического процесса и типом аппарата. [c.178]

В книге рассмотрены важнейшие понятия химической кинетики. Изложены основы теории реакторов различных типов (периодического и непрерывного действия, колонных каскадов). Описаны реакторы с твердой фазой (неподвижным и псевдоожиженным слоем катализатора). Рассмотрены случаи протекания в аппаратах реакций, сопровождаемых абсорбцией и экстракцией. Приведены методы расчета реакторов с мешалками (аппараты идеального смешения) и трубчатых реакторов (аппараты идеального вытеснения). Даны сравнение реакторных установок и рекомендации по выбору реакторов. Во втором издании книги (первое издание вышло в 1968 г.) более подробно рассмотрены вопросы моделирования и оптимизации реакторов. [c.4]

Одной из важнейших характеристик реакторных устройств является удельная производительность, численно равная количеству основного продукта, получаемого с единицы реакционного объема в единицу времени. В случае гетерогенно-каталитических процессов объем продукта может относиться к единице массы катализатора. Удельная производительность реактора связана непосредственно с кинетикой химических процессов и типом реактора. [c.130]

Необходимость резкого сокращения сроков разработки технологии новых и усовершенствования действующих химических производств, их сложность и разнообразие потребовали принципиально иного подхода к проблеме математического описания скоростей реакций и расчета кинетических констант. Это обусловлено прежде всего тем, что уравнения кинетики, содержащие информацию об основных закономерностях протекания химических превращений, являются первоосновой математической модели химического процесса и предопределяют не только выбор типа реактора, но и позволяют подойти к расчету его оптимальных технологических и конструктивных параметров с позиций общих инженерных принципов химической технологии. [c.5]

В предыдущей главе мы рассматривали, главным образом, вопрос о ТОМ, как рассчитать концентрации реагентов и температуру в любой точке реактора определенного типа, исходя из известных закономерностей кинетики процесса (как истинно химической, так и диффузионной), гидродинамики потока, характеристик теплопередачи и пр. Такая постановка задачи, однако, еще не исчерпывает проблемы расчета химических реакторов. В любое из расчетных уравнений входит ряд переменных, таких как время контакта, температура потока на входе в реактор и температура теплоносителя, скорость потока, диаметр зерна катализатора и т. д., — значения которых могут варьироваться в более или менее широких пределах. Приступая к проектированию химического реактора, мы должны выбрать значения этих переменных так, чтобы добиться наилучшего результата процесса. Далее, число и номенклатура варьируемых переменных определяются принятым типом реактора и его схемой. Последняя также должна быть выбрана оптимальной, а этого в большинстве случаев можно добиться только путем сравнения наилучших результатов процесса, достижимых в реакторах различных типов. [c.235]

В предлагаемом читателю четвертом издании учебника по химии и технологии основного органического и нефтехимического синтеза сохранена теперь уже принятая в большинстве вузов систематизация материала по основным химическим процессам данной отрасли промышленности. Это позволяет в необходимом единстве и без повторений изложить теоретические основы каждого процесса (его химию, термодинамику, механизм, кинетику и катализ) и на этой базе обосновать выбор условий синтеза и типа реакторов, обеспечивающие высокую производительность и селективность. Технологические схемы приводятся в упрощенном, принципиальном виде, обычно в приложении к технологии одного из важнейших продуктов, получаемых при помощи данного процесса. При этом дается обзор альтернативных путей производства основных продуктов и их технико-экономическое сравнение. По убеждению автора, учитывая очень большое число получаемых в данной отрасли продуктов, только такой способ изложения материала будет способствовать глубокому пониманию студентами химии и технологии основного органического и нефтехимического синтеза. [c.7]

Рассмотрение закономерностей кинетики химических реакций в открытых и закрытых системах показывает, что форму связи Р (а) для данной реакции обусловливает в основном тип реакционного аппарата, который в ряде случаев оказывает решающее влияние на относительный расход сырья и, следовательно, на себестоимость конечного продукта. Производительность реакционной аппаратуры, как уже сказано, играет второстепенную роль при определении основного показателя экономической эффективности химического производства. Это не следует рассматривать как отказ от интенсификации работы реакционной аппаратуры, однако основная задача технологии состоит в обоснованном выборе типа реактора, способного обеспечить наиболее выгодную для каждого случая форму связи р,, г(а). [c.51]

В книге собраны многочисленные примеры и задачи пЬ расчетам химических реакторов, составленные прежде всего на основании опыта преподавания в ЛТИ им. Ленсовета. Кроме того, при составлении примеров и задач использован опыт других вузов, а также некоторые материалы по инженерному проектированию химических производств. На большом числе примеров и задач рассмотрены методы и пути практического приложения химической кинетики, гидродинамики, теплообмена, экономики, необходимые для инженерного проектирования и выбора типа реактора. [c.3]

В чем же состоит различие между периодическим и непрерывным процессами, исключающее возможность непосредственного использования результатов лабораторного периодического опыта для предсказания характеристик работы непрерывного реактора Ясно, что химическая кинетика реакций не зависит от типа реактора. Однако на уровне макроскопических характеристик различия между непрерывным и периодическим процессами существенны. Ведь результат химического взаимодействия определяется его продолжительностью, а также температурными и концентрационными параметрами процесса. Как правило, эти макроскопические характеристики для непрерывного и периодического процесса не только не совпадают, но, как будет показано. дальше, в известном смысле несопоставимы. Для того чтобы понять характер этих различий, рассмотрим подробнее некоторые особенности периодического и непрерывного процессов. [c.8]

В теории химических реакторов, [1—6] общепризнанным является прием построения математических моделей путем сочетания более простых элементов, описывающих химическую кинетику, процессы массо- и теплопередачи и др. В связи с применением ЭВМ эта идея нашла воплощение в блочно-модульном принципе моделирования. Понимая под модулем некоторую часть задачи, которая может быть проанализирована отдельно, а под блоком модулей — такое их сочетание, которое служит единой цели, будем при моделировании полимеризационных процессов выделять следующие блоки блок математической модели реактора блок меж-реакторных связей и аппаратов, составляющих полимеризацион-ный агрегат блок критериев оптимизации блок алгоритмов оптимизации и некоторые другие. Все блоки представляют собой иерархические структуры на каждом уровне иерархии выделяют несколько вариантов модулей. Вся система является открытой, благодаря чему можно по мере необходимости вводить в нее новые блоки, в блоки — новые уровни, на каждом уровне — новые модули и т. д. С другой стороны, блок должен быть гибким, чтобы можно было некоторые модули включать или отключать в зависимости от типа решаемых задач. [c.8]

Установление типов бифуркаций динамических систем и условий, при которых они происходят, составляет предмет теории бифуркаций. Как ясно из вышесказанного, теория бифуркаций играет большую роль при исследовании конкретных динамических систем. Примеры ее применения для исследования динамики химических реакторов приводятся ниже. Заметим, что уже в работе 13] было указано на связь между теорией бифуркаций и интерпретацией критических условий химической кинетики. [c.114]

Количественное исследование может иметь теоретическое или технологическое направление, но в обоих случаях основным методом является химическая кинетика, ибо только она дает научно обоснованные математические связи с механизмом и катализом реакций, их параметрами, селективностью, типом реакторов и т. д. Лишь для исследования трудно моделируемых процессов и аппаратов допустимо использовать регрессионный анализ, который рассмотрен в гл. 12. [c.258]

Для обратимых реакций типа А < В, 2А 2В или 2А,ч В изложенные зависимости сохраняют свое значение, однако обратимые реакции расщепления Ач В + 2 имеют одну важную особенность. С точки зрения термодинамики здесь следует снижать парциальное давление Рд, о, чтобы повысить равновесную степень конверсии, а с позиций химической кинетики Рд, о целесообразно повышать, чтобы ускорить прямую реакцию. В результате имеется некоторое парциальное давление, при котором удельная производительность реактора становится максимальной. [c.326]

Производительность аппарата зависит от происходящих в нем физико-химических превращений и его конструкции, т. е. типа реакторов. Однако анализ законов формальной кинетики химического превращения дает лишь общие представления о скорости и не указывает пути реализации процесса в промышленных условиях, т. е. не характеризует тип реактора. Для выбора типа реактора и определения его производительности часто приходится прибегать к экспериментальным исследованиям и переносу результатов эксперимента на промышленные условия. Такой переход от лабораторных или опытно-промышленных условий реализации процесса к заводским осуществляется при помощи моделирования. [c.94]

Эти дополнительные факторы часто могут оказаться причиной выбора иного типа реактора по сравнению с тем, который представляется целесообразным при рассмотрении только химической кинетики процесса. [c.143]

Основным аппаратом большинства технологических схем в многоассортиментных химических производствах является реактор емкостного типа с механическим перемешивающим устройством, работающий в периодическом режиме. Основная операция, проводимая в таком реакторе — это химическая реакция, инициируемая различными способами нагреванием реакционной массы (насыщенным или перегретым паром, высокотемпературными органическими теплоносителями, металлами в ЖИДКОМ состоянии, индукционными токами и др.) облучением электромагнитным излучением оптического диапазона (фотолиз), облучением ионизирующим излучением (радиолиз) и т, п. Математическая модель изотермического периодического реактора при идеальном перемешивании реакционной массы включает уравнения химической кинетики, из которых определяется время процесса для заданной степени превращения реагента. [c.35]

Вслед за кратким обзором основных понятий и терминологии кинетики химических реакций рассмотрены реакции в гомогенных средах, неизотермические процессы, проточные реакторы, гетерогенные каталитические процессы, реакции в слое зернистого материала и методы моделирования. В конце дано очень краткое описание типов химических реакторов, применяемых в промышленности. [c.10]

Детальное экспериментальное изучение химических реакций, лежащих в основе разрабатываемого процесса, — необходимое условие для получения его надежной кинетической модели. В случае быстро протекающих реакций (время полупревращения порядка от долей секунды до нескольких минут), которые реализуются в промышленности в виде непрерывных процессов, проходящих в проточных реакторах, метод исследования кинетики в периодически действующих изотермических реакторах, кратко изложенный в этой главе, непригоден. Изучение кинетики таких реакций, к которым относятся подавляющее большинство каталитических и все газовые реакции, проводят в специальных установках проточного типа. [c.35]

Расчеты каталитических процессов и реакторов основаны на общих уравнениях кинетики. Кинетические уравнения для различных видов химических реакций, а также для разных типов химических реакторов подробно рассмотрены в главах IV и V. Все эти уравнения применимы для расчета каталитических реакторов с учетом особенностей каталитических процессов. [c.110]

Заканчивая краткое рассмотрение общих сведений по прикладной макрокинетике сложных гидрогенизационных процессов в нефтепереработке, нужно еще раз подчеркнуть особые трудности макрокинетического анализа сложных модификаций жидкофазного гидрокрекинга с плавающими порошкообразными катализаторами. Вследствие исключительной трудности четкого математического описания и расчета жидкофазных гидрогенизационных процессов на основе результатов лабораторных (или пилотных) исследований ранее использовали эмпирические переходные коэффициенты от лабораторных (пилотных) масштабов работ к заводским [4, 90]. В последнее время [22, 24, 91—93] кинетику химических процессов, осложненных в заводских реакторах наличием диффузии и теплопередачи, начали изучать с применением математических методов [33, 91—93], Такое математическое моделирование пока, к сожалению, практически применимо лишь для простейших процессов типа сернокислотного катализа. Исследования кинетики необходимо проводить в строго определенных условиях, полностью исключающих влияние гидродинамических факторов и гарантирующих изотермичность процесса. Такие условия обеспечиваются, наприме >, при применении проточно-циркуляционного метода [94]. Довольно точные данные о кинетике в некоторых случаях можно получить и по более простой методике при частичном разбавлении исходного сырья продуктами реакции [61, 71] однако полная изотермичность зоны катализа при этом не гарантируется. [c.163]

Настоящая глава посвящена рассмотрению вопросов, связанных с выбором оптимального типа реактора с точки зрения химической кинетики конкретной реакции. Будет показано, почему один тип реактора обеспечивающий больщой выход или лучшее качество продукта, оказывается предпочтительнее другого. Эти химические факгоры могут существенно влиять на издержки производства. Имеются и другие не менее важные факторы, к которым относятся капиталовложения и эксплуатационные расходы, связанные с оплатой рабочей силы, расходом электроэнергии, пара и т. п. Еще одним существенным фактором, не поддающимся денежному выражению, является охрана труда. Так, нри реализации некоторых реакций нитрования, используемых в производстве взрывчатых веществ, технологически выгоднее применять реактор вытеснения, однако реактор смешения лучше удовлетворяет требованию безопасности процесса . [c.106]

Кинетика химических реакций. В реакторах емкостного типа обеспечивается интенсивное перемешивание, поэтому при сравните,чьио небольших объемах реакционной массы эти реакторы адекватно описываются моделями идеального вытеснения во времени. Если реакция идет без изменения объема реакционной массы или его изменением можно пренебречь ввиду малости, то продолжительность основной технологической онерации в реакторе периодического действия можно определить из законов формальной химической кинетики. [c.94]

Гомогенные реакторы. Консфуктивно гомогенные реакторы выполняются в виде аппаратов с мешалками или трубчатых (проточных) аппаратов. При известных кинетике и механизме реакций выбор типа реактора определяется условиями обеспечения равномерности распределения реагентов в объеме. Наличие фадиентов конценфации, температуры приводит к изменению физико-химических свойств реагентов (вязкости, плотности и т. д.) и, как следствие, к искажению профиля скоростей, неравномерному протеканию реакции по объему или сечению реактора. В случае изотермических реакций изменение характеристик реагентов в ходе протекания реакции может привести к неустойчивости системы в целом, т. е. к нарушению установившегося состояния по скоростям теплоподвода и теплоотвода. Характерными вопросами, решаемыми при проектировании этих реакторов, являются оценка гидродинамической сфуктуры потоков и обеспечение необходимого температурного режима реактора. [c.18]

В химической технологии при проектировании промышленных реакторов все еще исходят в основном из физического моделирования (лабораторный реактор — пилотный — полупромышленный — промышленный реактор) с целью получения фактических данных для проектирования. Физико-химические системы с различными химическими реакциями не являются подобными, поэтому при моделировании реальных химических реакторов следует учитывать особенности, обусловленные их типом и характером кинетики. Традиционные натурные испытания на каждом этапе должны быть неразрывно связаны с тщательными и детальными экспериментальными исследованиями микро- и макропроцессов, их взаимного влияния и связи. В связи с этим первоочередной задачей аэрогидромеханики промышленных реакторов следует признать отыскание на основе теоретического осмысливания экспериментальных данных связи между микро- и макропроцессами [c.173]

Рассмотрим кратко формы математических моделей некоторых типов реакторов, наиболее часто употребляемых при лабораторных исследованиях кинетики химических пеакп й. [c.58]

Жесткость дифференциальных уравнений химической кинетики приводит к необходимости использования специальных методов интегрирования. В этих методах наряду с вычислением правой части дифференциальной задачи обычно используют матрицу Якоби, что в случае достаточно сложной химической реакции требует от вычислителя больших (даже огромных) затрат времени на получение элементов этой матрицы и составление подпрограмм . ее вычисления. В то же время правая часть задачи и матрица Якоби имеют достаточно простую структуру относительно концентраций реагентов. Это определяет целесообразность создания генерирующей программы, которая использует в качестве входных данных описание кинетической схемы, близкое к естественному. В настоящее время существует много программ такого типа (см., например, [1—12]), но некоторые из них являются труднодоступными . Кроме того, часть этих программ ориентирована на конкретные методы интегрирования, что является их существенным недостатком. Широкий набор решаемых задач, требование к точности и времени вычисления решения предполагают использование различных методов, а также их комбинацию в процессе решения. В [12] приведены формулы, достаточно удобные для генерации подпрограмм вычисления правой части и матрицы Якоби дифференциальных уравнений химической кинетики в случаях изотермического и неизотермического реактора постоянного объема. В настоящее время на базе ИХКиГ СО АН СССР и Вычислительных центров СО АН СССР городов Новосибирска и Красноярска разработан комплекс программ, который позволяет автоматизировать процесс решения прямой кинетической задачи. Комплекс написан на языке ФОРТРАН IV и ориентирован на работу в операционных системах Рафос и К8Х-11М. [c.54]

Величина удельной производительности реактора связана непосредственно с кинетикой химического процесса и типом реактора. Для различных типов химических реакторов эта характеристика неодинакова. Сравнение непрерывнодействующего реактора и реактора периодического действия показывает, что для достижения одной и той же величины удельной производительности и аппаратах требуется разное время. В последнем случае к чистому времени химического процесса т необходимо добавить, дополнительное время То, связанное с периодичностью процесса и непроизводительными затратами времени (загрузка, выгрузка, охлаждение, разогрев и др.). Влияние дополнительного времени сильнее всего проявляется при проведении быстрых химических превращений, что делает явно невыгодным использование в этом случае периодического реактора. Однако для реакций, протека19-щих медленно и в малом объеме, реакторы периодического действия распространены достаточно широко. [c.495]

Выбор оптимальной конструкции химического реакт м далеко не простое дело. Знать кинетику реакций, лежаЭ цх Ценове того или иного процесса,— хотя это само по себе важно ще не значит уметь осуществить промышленный вариант процст к , поскольку протекание химической реакции в промышленном реакторе всегда осложняется переносом тепла и массы. Помимо кинетических данных, необходимо располагать расчетным методом, позволяющим выбрать тип химического реактора определенного размера, в котором желаемая реакция могла бы протекать в оптимальных условиях. [c.3]

Это предположение было развито Хоугеном и Уотсоном, которые вывели зависимости для механизмов кинетики и доказали возможность использования полученных уравнений скорости для проектирования промышленных реакторов. Система кинетических уравнений такого типа, называемая обычно системой Лэнгмюра — Хиншель-вуда, дает в определенных случаях очень хорошие результаты и имеет ряд преимуществ, из которых наиболее значительными являются достоверность в широких пределах изменения условий проведения процесса и наглядность развития явлений на поверхности катализатора. При этом существует также возможность сопоставления гипотез механизма химической реакции с гипотезами механизма кинетики. [c.215]

Эффективность химических превращений в системах газ—жидкость зависит не только от скорости химической реакции, но и от условий тепло-массообмена, определяемых в первую очередь гидродинамическим состоянием системы. Поэтому прежде, чем переходить к детальному анализу различных типов барботажных реакторов, рассмотрим основные закономерности гидродинамики, теп-ло-массопереноса и кинетики химических превращений при барбо-таже газа через жидкость. [c.17]

Пиролиз углеводородного сырья - процесс высокотемпературной карбонизации, а ТСП - относительно высококипящая часть КМ, образующейся в этом процессе. Её состав, структура и свойства зависят от многих факторов (природа, индивидуальный химический состав сырья, режим, технология и аппаратурное оформление стадий его пиролиза, закалки и фракционирования продуктов, условия хранения и транспортировки). Даже при переработке данного типа сырья на одной и той же установке в сравнительно узком факторном пространстве (путь карбонизации) состав и свойства ТСП колеблются в довольно широких пределах [43,44,64,79...84]. Соответственно при карбонизации ТСП существенно различаются по кинетике накопления в КМ высокоароматичных групповых компонентов, их выходу, элементному составу, структуре, ММР и свойствам. На результаты этого процесса влияют аппаратурное оформление (тип, размеры и внутреннее устройство реактора), температурно-барический профиль и другие факторы процесса. [c.144]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология