Устойчивость процессов и реакторов

Устойчивость работы реактора определяется его поведением при воздействии возмущения. Устойчивый процесс, после снятия возмущения возвращается в исходное состояние. Неустойчивый процесс при таком же характере возмущения не возвращается в исходное состояние, а после переходного процесса принимает другое устойчивое состояние. При этом если переходный процесс не предусмотрен регламентом и не рассчитан на данное аппаратурное оформление, возникает аварийная ситуация. [c.234]

Чтобы ответить на вопрос об устойчивости стационарного режима химического процесса, необходимо, таким образом исследовать переходные процессы в реакторе, которые описываются системой нестационарных уравнений материального и теплового баланса. Уравнения эти нелинейны и даже в простейших случаях не могут быть решены аналитически. Задачу, однако, можно существенно упростить, учитывая то, что для анализа устойчивости достаточно исследовать лишь малые отклонения от стационарного состояния. Поэтому нелинейные кинетические функции, входящие в уравнения материального и теплового балансов, можно разложить в ряд Тейлора в окрестности стационарного режима и, пренебрегая высшими членами разложения, представить их в виде линейных функций отклонения переменных от их стационарных значений. В результате получаем гораздо более простую систему линейных уравнений, правильно описывающую переходные процессы в области, достаточно близкой к стационарному состоянию. Эту линейную систему в ряде случаев удается решить или исследовать аналитически, определив тем самым общие условия устойчивости процесса. [c.324]

К а ф а р о в В. В., Е р е м е и к о В. В., К вопросу о критерии устойчивости химических реакторов, в сб. Процессы химической технологии , Изд. Наука , 1965, стр. 416. [c.179]

Рассмотрим задачу об устойчивости процесса произвольной сложности, протекающего в реакторе идеального смешения. Впервые эта задача была решена Билу и Амундсоном [24]. Уравнения материального и теплового баланса процесса записываются в виде [c.288]

Это выражение совместно с уравнением материального баланса изотермического процесса (11,12) используют для расчетов температур и степеней превращения в кубовых реакторах, процессы в которых сопровождаются выделением или поглощением тепла вследствие протекания реакции и внешнего теплообмена. Некоторые вопросы устойчивости таких реакторов при протекании экзотермических реакций будут рассмотрены дальше (стр. 132). [c.121]

Кинетическая модель, построенная на базе изучения механизма процесса и фундаментальных знаний о скоростях химических превращений, при последующих этапах моделирования является основой для нахождения границ кинетических областей, критических условий перехода, определения теоретических оптимальных режимов и устойчивости работы реакторов и т, д. В связи с этим при описании дальнейщих этапов моделирования использованы кинетические закономерности, выведенные на основе анализа механизма каждого химико-технологического процесса. [c.472]

УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОЦЕССОВ и РЕАКТОРОВ [c.505]

Рис. 5.23. К определению устойчивости процесса в реакторе с внешним теплообменником

Устойчивость процессов и реакторов [c.591]

Технологическое и автоматическое управление работой крупнотоннажных реакторов сильно затрудняется одновременным действием в них положительных и отрицательных обратных связей, влияющих на параметрическую чувствительность и устойчивость процесса. [c.139]

За последние 10 лет проблеме исследования устойчивости стационарных состояний химико-технологических процессов было посвящено большое число работ. Однако они относились, главным образом, либо к изучению устойчивости одного реактора, например реактора, представленного моделью идеального смещения, процесса на одном зерне, процесса в слое неполного смешения и т. д., либо к исследованию устойчивости достаточно простых систем реактора с внешним теплообменником, реактора с рециклом, реакторов с адиабатическими слоями [54—56]. В книге [55] имеется обширный перечень литературных источников по устойчивости химических реакторов. [c.229]

Выше был описан метод анализа устойчивости стационарных режимов сложных схем общего вида, основанный на численном подходе. Для достаточно простых схем иногда можно получить некоторые общие результаты. Ниже рассматриваются два таких случая анализа устойчивости гомогенного реактора с рециклом исследование влияния смесителя на устойчивость стационарного режима процесса и изучение концентрационной устойчивости реактора при линейном механизме реакций. [c.260]

Вольтер Б. В., С а л ь н и к о в И. Е., Устойчивость химического реактора идеального перемешивания при автоматическом ведении процесса., Изв. вузов. Химия и химическая технология, № 4 (1967). [c.266]

Если пренебречь энтальпией жидкости Уд Ср), то при и > 1, коэффициент бе< 1, т. е. с увеличением размеров аппарата снижается устойчивость процесса. Критическое значение масштабного коэффициента, при котором дальнейшее увеличение размера реактора ведет к его неустойчивости для данной химической реакции, определяется соотношением [c.423]

Из последнего уравнения следует, что если Т Т Т — Т , то б > 1, т. е. с повышением температуры охлаждаюш,его агента в большом реакторе устойчивость процесса увеличивается. [c.424]

Математическое моделирование позволяет решить основные задачи, возникаюш ие при проектировании химических процессов, в частности — каталитических экзотермических процессов. К ним относятся определение оптимального температурного режима в контактном аппарате, выбор оптимального-состава газовой смеси на входе в реактор, расчет минимального времени контакта для обеспечения заданной степени превраш,ения, определение области устойчивости процесса и др. Моделирование позволяет уменьшить объем опытных работ и сократить сроки пуска новых объектов. Б настояш ей работе рассматривается процесс получения окиси этилена — один из типичных экзотермических процессов. При этом ставились цели разработки и проверки методов моделирования и оптимизации каталитических экзотермических процессов. [c.88]

Устойчивость работы реактора при значительных изменениях основных параметров режима (С, Т, Р, Ац. да). Перечисленные требования взаимосвязаны и в значительной степени противоречивы рациональность их определяется влиянием на себестоимость и качество продукции. Обычно не удается реализовать процесс в реакторе таким образом, чтобы были удовлетворены одновременно все предъявляемые к нему требования в виду их противоречивости. Приходится вырабатывать наиболее рациональные и экономичные решения, обеспечивающие поддержание заданных значений основных параметров процесса времени реакции, температуры в различных точках реакционной зоны, давления, степени перемешивания реагирующих веществ, изменения концентраций реагентов по высоте (длине) реактора. [c.79]

При дегидрировании бутана в движущемся слое катализатора обеспечивается непрерывность и устойчивость процесса, что улучшает эксплуатационные показатели и увеличивает производительность реакторов. [c.143]

Лекшш II. Проведение химико-технологического процесса в реальных реакторах. Диффузионная и ячеистая модели. Устойчивость работы реакторов. [c.282]

Давление в реакторе Р1 поддерживается на уровне 18 ат. Достигаемое при этом парциальное давление водорода около 10 ат достаточно для поддержания устойчивого процесса, но при этом на катализаторе все же отлагается 0,5—0,6% кокса, считая на [c.219]

На практике большое значение имеют случаи, когда поток ре-агирующих веществ проходит через слой или канал значительной длины, на протяжении которого концентрация и температура успе-вают существенно измениться. Здесь возникает ряд усложнений, связанных с продольным переносом тепла и вещества и возможностью распространения зоны реакции вдоль слоя или канала. Указанные вопросы имеют значение и для гомогенных процессов и относятся к общей теории устойчивости химических реакторов, о которой будет речь в следующей главе. [c.427]

Как и в вопросах, рассматривавшихся выше, важно прежде всего выделить простейшие предельные случаи. В первом из них продольный перенос считают настолько сильным, что температура и концентрации всех веществ полагаются одинаковыми по всей длине. Во втором предельном случае, напротив, полностью пренебрегают продольным переносом и считают, что температура и концентрации изменяются по длине в соответствии с протеканием реакции. Для неподвижного слоя или канала значение продольного переноса определяется просто длиной, так что указанные предельные случаи соответствуют короткому слою и длинному слою. Для слоя катализатора их рассматривали Тодес и Марго-лис [16], для слоя горящего угля — Майерс [17]. При проведении процесса в кипящем (псевдоожиженном) слое характер процесса всегда близок к предельному случаю полного перемешивания-В теории устойчивости химических реакторов только что отмеченным предельным случаям отвечают модели реакторов идеального смешения и идеального вытеснения как для гетерогенных, так и для гомогенных реакций. [c.427]

К а ф а р о в В, В,, Е р е м е и к о В. В,, Условия устойчивости процесса в полунепрерывнол[ реакторе, Хим. пром,,, Y 2, 125 (1963). [c.177]

При проектировании реакторов особенное внимание следует обратить на обеспечение хорошего теплоотвода на этой стадии его роль не менее важна, чем роль кинетики реакции. Основой рационального проектирования реактора является правильный выбор температуры охлаждающей рубашки. Пример расчета диаметра реактора и температуры охлаждающей рубашки, обеспечивающих устойчивость процесса, приводит Харриот 2ог Исходная смесь со скоростью 0,848 лг /ч поступает в трубчатый реактор при 100°С. Начальная концентрация составляет 3,2 - кмоль]м , требуемая температура реакции не должна выходить из пределов ПО—120°С, так как при более высоких температурах образуются побочные продукты. Теплота реакции равна 13 900 ккал1моль, а удельная тепло- [c.278]

Расчеты показывают, что неравномерные распределения скорости потока приводят к отклонению от режима идеального вытеснения. Так, например, при параболическом распределении скорости потока для необратимой реакции первого порядка максимальное снижение степени превращения за счет неоднородности поперечного потока скорости может составлять 11% [195]. В работе [196] предложена методика оценки влияния пространственных неоднородностей на процесс и показано, что некоторые неравнв-мерности на входе в слой катализатора можно компенсировать соответствующим запасом катализатора в слое. Так, при неравномерностях температур перед последним слоем реактора окисление ЗОз в 80з/32 от +7 до —5° требуется 20%-ное увеличение количества катализатора. Но при неравномерностях более +10° ни при каком запасе катализатора нельзя достичь заданной степени превращения. В таких случаях необходима установка перед слоем хорошего смесителя и распределителя потока. Кроме того, неоднородности влияют на устойчивость процесса [192, 196]. Опыт работы и обслуживания промышленных реакторов подтверждает, что результаты моделирования процессов могут быть не-реализованы на практике при возможных отклонениях от принятого технологического режима работы реактора. Эти отклонения обусловлены пространственными неоднородностями. Так, например, при обследовании работы пятислойных контактных аппаратов, окисления ЗОа в 80 з производительностью 360 т/сут установлено что максимальная неоднородность поля температур на входе в последние два слоя достигает 25—30°, в результате чего конверсия на 0,3—0,6% оказалась ниже расчетной [197]. [c.325]

Если имеется три стационарных решения, то среднему из ннх соответствует величина параметрической чувствительности х > Хо Такой стационарный режим должен быть неустойчивым, поскольку в этих условиях малые возмущения стационарного режима усиливаются, проходя реактор и теплообменник (так как Хо ) В общем случае, когда имеется 2и+1 точек пересечения кривой и прямой линий на рисунке типа рис. VIII.8, п промежуточных решений обязательно должны быть неустойчивыми. Соблюдение неравенства X <С Хо является необходимым условием устойчивости процесса , однако, чтобы доказать достаточность этого условия, нельзя ограничиваться анализом одних только стационарных уравнений и необходимо исследовать поведение процесса в нестационарных условиях (см. ниже). [c.347]

В зарубежной литературе публикации, посвященные рецик-лическим процессам, появились в основном с начала 1960-х гг. В них были рассмотрены вопросы исследования режимов работы реакторов с рециклом, расчета рециклических систем, влияния рецикла на устойчивость химических реакторов, разработки общих принципов анализа рециклических систем с учетом распределения времени пребывания (РЕП) в системе. [c.284]

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]

Определение запаса устойчивости. Опасность возникновения неустойчивых режимов в работе установки приводит к необходимости иметь в составе АСУТП развитые программы аварийной защиты и прогнозирования запаса устойчивости процесса. Причем работа систем защиты направлена в основном на предотвращение или минимизацию последствий уже произошедшего нарушения — обеспечение безопасности обслуживающего персонала, защита технологического оборудования от разрушений. Применение АСУТП, в состав которой входит вычислительный комплекс, позволяет прогнозировать возможность возникновения аварийной ситуации и принять, благодаря такому прогнозу, своевременные меры по ее предотвращению. Алгоритм прогноза основан на результатах исследования устойчивости реактора по его математической модели [83]. Модель динамики реактора представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных и включает уравнение материального баланса для инициатора и уравнения тепловых балансов [c.111]

Резкий рост интенсивности производства суспензионного ПВХ возможен за счет ликвидации непроизводительных простоев при переводе реакторов-полимеризаторов в непрерывный режим работы. Разработки в этом направлении ведутся в нащей стране и за рубежом уже длительное время. Известны некоторые технологические рещения по аппаратурному оформлению непрерывного процесса в реакторах трубчатого типа, в емкостных реакторах с перегородками, в каскаде реакторов. Однако до сих пор эти разработки не доведены до промыщлен-ной реализации, что обусловлено больщими трудностями, связанными с получением продукта удовлетворительного качества и длительным ведением непрерывного процесса вследствие коркообразования и забивки трубопроводов В последние годы найдены удачные рецептуры, обеспечивающие высокую устойчивость процесса полимеризации ВХ, открыты эффективные антикоркообразователи (нигрозин, соль Фреми, нитрит натрия и др.) [111] и разработаны теоретические основы процесса полимеризации, что дает основание надеяться на рещение этой проблемы в ближайщие годы. В частности, в СССР предполагается пустить промыщленную установку непрерывной суспензионной полимеризации ВХ с удельной мощностью по 375-425 т/(м -год). [c.8]

Разработаны также пути оптимизации окисления этилена по критерию себестоимости. Математическое моделирование процесса съема тепла в трубчатых реакторах получения окиси этилена позволило выявить влияние на устойчивость процесса коэффициента теплопередачи различных теплоносителей, способа подачи газа в реактор (снизу или сверху). Результаты исследования возможностей математического моделирования и путей оптимизации процессов окисления этилена в окись этилена, которые разрабатываются в Институте катализа СО АН СССР и в Научно-исследовательском физико-химическом институте им. Карпова под руководством акад. АН СССР Г. К. Борескова, чл.-корр. М. Г. Слинько, Г. М. Островского и др., позволяют ускорить выбор новых катализаторов для этого процесса и оптимальных параметров при проектировании новых объектов есть данные о применении вычислительных машин для управления работой установок получения окиси этилена за рубежом [c.247]

Химический реактор является системой, в которой возможно не одно, а несколько стационарных состояний. Причиной этой особенности является сложный нелинейный характер связей между основными параметрами, характеризующими состояние реактора концентрации исходных реагентов и продуктов реаьсции, температуры, конверсии. Предвидеть, какое из стационарных состояний реализуется, и определить области управляющих параметров необходимо для проведения химических реакций и получения товарной продукции. В ряде слз аев в реакторах реализуется автоколебательный режим с циклическим изменением основных п аметров процесса. Для того чтобы избежать подобных трудностей уже на стадии разработки технологического процесса, следует обратить внимание на эти вопросы и при необходимости провести исследование реакторного узла на устойчивость. Теория устойчивости химических реакторов изложена в 21.5. Теория устойчивости к малым возмущениям изложена более подробно, начиная с основных понятий и методов исследования. [c.59]

Результаты расчета представлены на рис. 6. Из этих данных следует, что наблюдаемый коэффициент межфазно-го обмена экс. возрастает с увеличением линейной скорости газа. С увеличением высоты слоя катализатора заметна тенденция к снижению J3экe.. Отметим (см. рис. 5), что с увеличением диаметра реактора от 42 мм до 200 мм произошло резкое ухудшение интенсивности процесса, так что достигаемые степени превращения этилена стали ниже ожидаемых значений для слоя идеального перемешивания. Вследствие этого задача интенсификации межфазного обмена уже в масштабе опытного реактора является крайне важной. Однако интенсификация обмена в реакторе промышленного масштаба выше определенного предела наталкивается на необходимость отвода из зоны реакции больших количеств тепла. Анализ устойчивости процесса показал, что предельно допустимая разность тем- [c.68]

Однако для определенных условий полимеризации может существовать более чем одно стационарное значение х. Это наступает, например, тогда, когда в системе очень сильно увеличивается скорость, в связи с ярко выраженным гель-эффектом, в особенности при скоростях, близких максимальным значениям. Явление возможно и тогда, когда концентрация мономера в загружаемых реагентах настолько велика, что происходит полимеризация в растворе. При таких условиях верхнее значениех обычно соответствует устойчивому процессу, т. е. при временном уменьшении конверсии увеличивается скорость и, таким образом, восстанавливаются стационарные условия. Однако более низкие значения х — неустойчивы, так как временное уменьшение конверсии уменьшает скорость полимеризации еще больше, так что она достигает очень малого предельного значения, которое соответствует третьему решению уравнения (IV.82). В таких случаях, поэтому, важно приближать процесс к устойчивой области и следить за тем, чтобы начальное содержание реактора также отвечало этой области. [c.217]

При расчете экзотермических процессов особенно важным является вопрос о критическом диаметре трубки, превышение которого приводит к тому, что стационарный режим протекания реакции в кинетической области становится невозможным и процесс скачком переходит во внешнедиффузионную область. Попытки качественных оценок делались в предположении, что наиболее опасным местом является горячее сечение реактора, в котором производная температуры по длине реактора равна пулю. При этом критические условия оценивались с помощью критерия Франк-Каменецкого (-П1.95) для реакции нулевого порядка или приблил<енной модификации этого критерия для реакций с порядком, отличным от нулевого [24]. Этот метод, не учитывающий движения потока и продольной теплопроводности, не обоснован, и вопрос о границах устойчивости трубчатого реактора приходится считать открытым. [c.210]