Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Масштабный переход от промышленных реакторов к лабораторным

    Преодоление осложнений, связанных с возникновением непредсказуемых нарушений структуры потоков при переходе от лабораторного к промышленному аппарату, представляет одну из центральных проблем химической технологии — проблемы масштабного перехода. Успех ее решения в значительной мере зависит от типа контактного аппарата. Наиболее просто она преодолима для аппаратов с неподвижным слоем катализатора, где иерархическая структура математической модели реактора тривиальна (рис. 1.1) [И]. Проблема усложняется для аппаратов с псевдо-ожиженным и фонтанирующим слоями катализатора в двухфазных потоках [12]. Наибольшие трудности связаны с решением проблемы масштабного перехода для аппаратов трехфазного слоя, где иерархическая структура взаимодействия эффектов и соответствующих математических моделей отличается наибольшей сложностью [13]. [c.15]


    Однако сложность гидродинамической обстановки в аппаратах взвешенного слоя предопределяет особый подход к их моделированию. Существующие модели реактора со взвешенным слоем отличаются различными степенями его идеализации. При обработке результатов исследования каталитических процессов на лабораторном реакторе используют два пути 1) считают, что лабораторный реактор подобен промышленному, тогда возможно сделать масштабный переход на основе теории подобия 2) на основании принятой модели структуры слоя составляют систему дифференциальных уравнений материального баланса элемента слоя, для которой ряд коэффициентов определяется на основании лабораторных исследований. [c.115]

    Существует и еще один из вариантов математического моделирования в химии и химической технологии. Он всецело связан с решением проблемы масштабного перехода и сегодня служит альтернативой длительному и трудоемкому пути эмпирического перенесения лабораторных результатов в промышленность через серию установок возрастающих размеров. Речь идет о математическом моделировании процессов и реакторов, основы которого были разработаны в 1960 г. Г. К. Боресковым и М. Г. Слинько [36, 37]. [c.161]

    При расчете геометрических параметров реактора на промышленную производительность чаще мы имеем информацию о лабораторных работах, позволяющих подобрать наиболее оптимальные параметры протекания реакции температуру, давление, катализатор, соотношение концентраций при определенной степени преврашения и времени протекания процесса. Лабораторные опыты в основном ведутся в периодическом режиме. Результатом этих работ является также и экспериментальная кривая распределения продуктов реакции в зависимости от времени, позволяющая сделать некоторые выводы об области, где протекает рассматриваемый процесс. Лишь после того, как будет выбрано уравнение скорости реакции, проинтегрировано и это уравнение будет хорошо аппроксимировать кривые распределения продуктов реакции, мы можем окончательно определить область протекания данной реакции. Выбранное уравнение скорости реакции и полученная на базе его интегрирования кривая распределения продуктов реакции используются затем при расчете реактора. Почти всегда область протекания реакции для рассматриваемого типа реакций не меняется при масштабном переходе. Влияние диффузионных процессов может стать более значительным при изменении гидродинамической обстановки с изменением масштабов аппарата. Но определяющей, как и прежде, остается сама химическая реакция, которая протекает медленнее диффузионных процессов. Таким образом,после того как мы определили область протекания химической реакции, рассчитали характеристический размер аппарата, его реакционный объем или длину в зависимости от гидродинамического режима, который необходимо создать в реакторе, можно перейти к составлению материального и теплового баланса. Поскольку процесс протекает в установившемся изотермическом режиме, уравнения материального и теплового баланса рассчитываются для аппаратов, для которых известны входные и выходные параметры и количество тепла, выделяющееся в нем- в единицу времени. Таким образом, имеющаяся информация для статических условий протекания процесса достаточна для того, чтобы с помощью физического метода моделирования на базе теории подобия рассчи- [c.89]


    Основная проблема расчета реакторов с псевдоожиженным слоем состоит в переходе от лабораторных моделей к аппаратам больших размеров дело в том, что результаты, полученные при экспериментальных исследованиях, часто не воспроизводятся на установках промышленного масштаба. Особый интерес в аспекте масштабного перехода представляют высота и диаметр слоя, расход газа, тип используемого газораспределительного устройства — факторы, наиболее существенные для работы каталитических реакторов с газовым псевдоожижением. [c.366]

    Первый путь прост и поэтому привлекателен при инженерных расчетах. Но возникает вопрос в какой мере лабораторный реактор подобен реактору больших размеров. Известно [87], что наряду с геометрическим подобием необходимым условием возможности масштабного перехода является подобие концентрационных, температурных полей и поля порозности. Но такое подобие сразу же ограничивает минимальный размер лабораторного реактора, который для выполнения условий подобия должен быть существенно больше размера неоднородностей (пустот, пакетов и др.) в слое. В этом случае его структура будет приближаться к структуре промышленного аппарата, но тогда вряд ли его можно назвать лабораторным. [c.115]

    Масштабный переход от пилотного реактора к реактору промышленных размеров более легок и надежен, чем проектирование промышленных реакторов на основе изучения химической кинетики в лабораторных условиях. Кроме того, необходимо иметь в виду, что в ряде отраслей промышленности (таких, например, как производство моющих средств) изменение количества сырья и небольшие изменения реакционных условий могут в значительной степени изменить свойства продуктов. [c.143]

    Неоднозначность и неустойчивость стационарных режимов проявляется при масштабном переходе от лабораторных исследований к промышленному реактору Вследствие больших тепловых потерь, вы- [c.197]

    Неоднозначность и неустойчивость стационарных режимов проявляются при масштабном переходе от лабораторных исследований к промышленному реактору. Температуру в лабораторном реакторе приходится поддерживать искусственно вследствие больших тепловых потерь из-за малого масштаба, и практически любой режим устойчив. Пусть лабораторные условия позволили определить из каких-то соображений наилучший режим [c.141]

    Аналитические способы моделирования позволяют осуществлять масштабные переходы от лабораторных реакторов к промышленным. В ряде случаев экспериментальной проверки результатов математического моделирования на полузаводских установках не требуется. Вопрос о достоверности математических моделей был недавно предметом дискуссии, подробности которой читатель найдет в литературе [19—22]. [c.13]

    Затруднительным является масштабный переход от лабораторных реакторов с кипящим слоем к промышленным реакторам, так как характеристики массопереноса в кипящем слое существенно зависят от размеров реактора. [c.36]

    Эта проблема сейчас очень остро стоит во всем мире. Научиться предсказывать поведение больших промышленных реакторов, определить наиболее выгодные рен имы их работы и обеспечить устойчивость этих режимов, найти кратчайшие пути перехода от лабораторных условий к промышленным при разработке новых химико-технологических процессов — вот основные задачи, которые стоят перед теорией химических реакторов. Один из основных способов их решения в настоящее время заключается в использовании методов так называемого математического моделирования. Для этого химический процесс описывается макрокинетическими уравнениями, записанными применительно к выбранному типу реактора. Затем они решаются на ЭВМ при определенным образом заданных константах. Анализ большого количества численных решений позволяет осуществить масштабный переход и выбрать наиболее подходящие режимы. [c.98]

    Многообразие химических процессов обусловливает собой разхюобра-зие конструкций химических реакторов. Химический реактор является тем элементом технологической схемы, от совершенства которого зависит возможность осуществления в промышленных условиях всего производства. Общая теория химических реакторов за последние годы получила значительное развитие в результате применения метода математического моделирования химических процессов для решения задачи масштабного перехода от результатов лабораторных экспериментов к промышленным условиям. Успехи в области изучения химической кинетики, исследование явлений переноса тепла и вещества, сопутствующих химическим реакциям, и применение метода математического моделирования позволяют теперь более строго подходить к расчету промышленных реакторов, создавать новые эффективные конструкции реакторов большой единичной мощности и определять оптимальные условия осуществления процессов. [c.65]


    Гидродинамическая проблематика такого рода процессов многие годы не только недооценивалась, но и в существенной мере оставалась неотчетливой. С одной стороны, казалось почти очевидным, что вследствие значительного подпора, который создает слой зерен набегающим на них потокам, и значительного удельного сопротивления самого слоя процессы в неподвижной зернистой среде почти всегда соответствуют идеальному вытеснению, следовательно, гидравлическая проблематика в данном случае ограничивается оценкой гидравлического сопротивления однородному потоку жидкости в однородной неподвижной среде и оценкой эффективных режимных и переносных характеристик процесса на уровне макрокинетических задач. Профиль скорости внутри слоя считался однородным, за исключанием пристенной области толщиной 2—3 диаметра зерна катализатора. В связи со сказанным неоднородности течения реагентов внутри слоя при расчетах аппаратов не учитывались. Это было вызвано по-видимому тем, что при исследовании реакторов отношение диаметра аппарата к диаметру зерна обычно было больше или равным 10, поэтому все неоднородности течения объясняли хорошо известными изменениями в укладке 2—3 рядов зерен [188]. С другой стороны, конкретная практика эксплуатации процессов в промышленности обнаруживала значительные несоответствия этому. Так, например, в ряде случаев происходили необъяснимые с точки зрения теории идеального вытеснения вспышки катализатора, а то и взрывы. Поскольку такого рода явления ни в лабораторных, ни в пилотных установках места обычно не имели, то эти явления относили к эффектам масштабного перехода . [c.324]

    Анализируя развитие химической технологии на протяжении последних десятилетий, можно выделить два осповных направления исследований. Первое было связано с поисками законов масштабного перехода, которые позволили бы от небольших лабораторных аппаратов перейти сразу к крупномасштабным промышленным реакторам, мппуя длительные промежуточные стадии отладки процесса на пилотных и опытно-промышленных установках. Второе направление развития химической технологии, связанное с бурным прогрессом вычислительной техники, основывается на математическом моделировании технологических процессов. Располагая математической моделью, с помош,ью со-ьременпых ЭВМ можно рассчитать характеристики процесса, отвечающие реальным размерам реактора, и провести оптимизацию конечного результата по технологическим параметрам. [c.52]

    Наибольшая трудность при разработке и создании новых прогрессивных процессов в кипящем слое — практическая невозможность их масштабирования (s aling up). При естественном пути лабораторная колонка — пилотная установка — опытнопромышленный аппарат —серийный реактор, на каждом из переходов от одного этапа к последующему исследователя и инженера ожидают многочисленные неожиданности в поведении системы, зачастую такие, что заставляют на каждом последующем этапе начинать с нуля . Наглядным примером этого служит история разработки и внедрения в США во время второй мировой войны первого крупномасштабного производства — каталитического крекинга в псевдоожиженном слое. Большая группа ученых и инженеров-техноло-гов, переходя от одного из перечисленных выше этапов к следующему, непрерывно сталкивалась на каждом переходе с новыми проблемами и трудностями. Все это позволило высказать утверждение, что масштабный переход к проектированию крупных промышленных аппаратов можно делать после отработки процесса на пилотной установке диаметром не менее 100 мм. Опыт освоения многих других процессов привел к тому, что в настоящее время эту границу часто отодвигают до 500 мм. [c.4]

    Совместно с Л.С.Гордеевым и А.Ю.Винаровым сформулированы научные принципы анализа, оптимизации, масштабирования и проектирования биотехнологических процессов. С позиций системного подхода последовательно проведен анализ эффектов и явлений, происходящих в биохимическом реакторе на микро- и макроуровне. Разработаны математические модели, учитывающие кинетику роста микробных популяций, транспорт питательного субстрата к клеткам и гидродинамическую обстановку в реакторе, характеризуемую эффектами се1регации ферментациогшой среды и неидеальностью структуры потоков в реакторе большого объема. Предложена методика решения задачи масштабного перехода от лабораторных установок к промышленным биореакторам на основе вычислительных экспериментов. Показаны направления оптимизащш конструктивных и режимных параметров биотехнологических процессов. [c.13]

    Узловой проблемой, связывающей химию с химической технологией и химическим производством, является проблема масштабного перехода от лабораторного эксперимента к промышленному реактору. Структурные теории вовсе не касались этой проблемы. Решение ее, по крайней мере со второй четверти XX в., всецело приходится на химическую технологию, которая выступает в качестве главной предпосылки развития химической термодинамики, химической кинетики,. чакрокинетики, т. е. всех тех разделов современной химии, которые составляют учение о химическом процессе. [c.106]

    В середине 40-х годов в США были проведены широкие исследования возможности осуществления этого процесса в кипящем слое. В лабораторном реакторе с псевдоожиженным слоем фирмы Гидрокарбон Корпорэйшн степень превращения достигала почти 90%. К сожалению, в промышленном аппарате был получен значительно более низкий выход полезного продукта из-за проскока пузырей газа и протекания реакций каталитического крекинга. Преодолеть трудности масштабного перехода не удавалось, в то же время цены на природный газ повышались. Все это привело к прекращению работ в 1957 г. Описание этого процесса и схему реактора можно найти в работе [23]. [c.49]

    Методом межфазной поликонденсации в промышленности и на камеральных установках получают поликарбонаты, полиарилаты, полиамиды Вследствие преимуществ межфазной поликонденсации по сравнению с другими способами производства число полимеров, получаемых этим методом, по-видимому, будет увеличиваться. В связи с этим очень важны пути перехода от лабораторных исследований к промышленным процессам. Вопрос масштабного перехода в межфазной ноликонденсации был впервые затронут применительно к реактору с мешалкой при наличии свободной поверхности жидкой фазы Однако в реакторах этого ти1 а невозможно модел ировать гидродинамические условия и, по-видимому, весь процесс в целом. [c.180]

    Пожалуй, наиболее серьезным вопросом, который возникает при проектировании производства нового химического вещества, является масштабный переход от лабораторных исследований к промышленной установке. Казалось бы, что может изме 1иться от того, осуществляется химическая реакция в литровой стеклянной колбе или в металлическом реакторе емкостью 10, а то и 20 тыс. л Ведь реагирующие вещества, их концентрации и соотношения, температура и давление тождественны, и как будто соблюдены все условия для того, чтобы и результаты были одинаковыми. Однако это далеко пе так. Измениться может все — и выход полезного продукта, и его качество. Меняются условия тепло- и массопередачи и перемешивания, на течение реакции влияют и стенки сосуда (особенно в случае радикальной полимеризации), и его материал (возможность налипания, коррозия),  [c.240]


Смотреть страницы где упоминается термин Масштабный переход от промышленных реакторов к лабораторным: [c.151]    [c.267]    [c.81]   
Смотреть главы в:

Катализ в промышленности. Т.1 -> Масштабный переход от промышленных реакторов к лабораторным

Катализ в промышленности. Т.1 -> Масштабный переход от промышленных реакторов к лабораторным

Катализ в промышленности Том 1 -> Масштабный переход от промышленных реакторов к лабораторным




ПОИСК







© 2025 chem21.info Реклама на сайте