Распределение температуры и степени превращения в слое катализатора

Полученные результаты могут быть улучшены, если для этих целей использовать более сов шенную аппаратуру и оптимизировать процесс. Согласно данным табл. 2, достигаемая степень превращения гомологов метана определяется характером распределения температуры в аппарате. При изменении температуры по длине слоя катализатора в пределах 300-348°С, обеспечивается степень превращения углеводородов, равная Э8 2%. При температурах 237-250°С достигается степень превращения,равная 68%. [c.59]

Рассмотрим оптимальный режим экзотермической реакции при регулировании температуры введением холодного компонента. Постановка задачи следующая. В слой катализатора вводят реакционную смесь в количестве У с температурой Т . В каждое сечение слоя можно подавать холодный газ с температурой Го, содержащий хотя бы один из исходных компонентов. Необходимо определить распределение холодного газа по слою и соответственно температуры, которые обеспечивают минимальные затраты на катализатор при заданном изменении степени превращения исходного вещества, подаваемого в начале слоя, от до [c.186]

При заданных конечной степени превращения х и числе слоев п можно различными способами распределить изменения степени превращения и температуру, между отдельными слоями катализатора Наиболее выгодное распределение температуры и степени превращения по отдельным слоям должно отвечать условию [c.458]

Приведенные закономерности могут быть также использованы для решения задач выбора оптимального режима действуюш их контактных аппаратов. При проектировании новых аппаратов задается конечная степень превращения и находится оптимальное распределение катализатора для действующих аппаратов по фактическим значениям степени превращения, температур и количеству загруженного катализатора вычисляются константы скорости реакции и затем находится режим, отвечающий наивысшей конечной степени превращения. В этом случае можно изменять только начальные температуры газа перед слоями катализатора. Поэтому условие максимума конечной степени превращения определяется уравнениями [c.459]

Неоднородность потока в слое можно представить следующим образом. В одном из сечений слоя поток случайно неоднороден и характеризуется плотностью распределения. В следующем сечении скорости будут случайным образом перераспределены, но плотность распределения сохраняется. Такая схема структуры потока реализуется на ЭВМ. Расчет степени превращения и температуры в объеме слоя катализатора [188] показал, что Хк( ) и л к(У) практически совпадают. Однако в слое имеются участки, где температура сильно повышена из-за того, что в этом месте более плотная упаковка зерен, которая сдерживает поток. Скорость потока резко падает и появляется горячее пятно (рис. 3.20), которое может располагаться как на выходе из слоя, так и внутри него. Такие горячие пятна наблюдались экспериментально [189]. Появление горячих пятен - наиболее опасное явление в неоднородном зернистом слое катализатора при протекании экзотермической реакции. Поле температур в каталитическом процессе в неоднородном зернистом слое показано на рис. 3.20. [c.127]

Так же как и при работе с промежуточными теплообменниками, выбор режима осуществляется варьированием начальных температур газа и конечных степеней превращения. Однако при вариации любой начальной температуры газа перед слоем катализатора изменяется распределение общего объема газа между слоями. Поэтому объем катализатора в каждом слое зависит от начальных температур всех слоев и уравнения (Х,31) заменяются уравнениями [c.429]

Для сравнения рассчитанных градиентов температуры с истинными были проведены исследования в дифференциальном и интегральном реакторах. Массовая скорость газа составляла 1710 кг1 ч-м ), давление в системе 1 ат. Температура измерялась в осевом и радиальном направлениях, измерялась также зависимость степени превращения от длины слоя. Затем для сравнения результатов распределение температур и степень превращения рассчитывались по методу Гроссмана Исследовалось окисление ЗОа в 80з при отсутствии побочных реакций. В качестве катализатора использовалась платина на окиси алюминия в виде гранул диаметром 3 мм и высотой 18 мм. Теплота реакции составляла [c.154]

Исходя из принятой начальной температуры газа, можно, пользуясь кинетическими данными предыдущих лабораторных исследований, проверить распределение температуры и степени превращения по оси реактора. Зная теплопроводность наружной изоляции и эффективный коэффициент теплопроводности слоя, можно рассчитать величину теплопотерь и учесть ее при нахождении распределения температуры вдоль слоя. Далее можно определить необходимую высоту слоя катализатора. При использовании этого метода оказалось, что высота слоя должна составлять А м, а его объем — 212 л. Подъем температуры можно существенно уменьшить, увеличивая избыток водорода. Следует также проверить, не превышает ли сопротивление потоку допустимую границу. Если для большей уверенности увеличить высоту слоя на 20%, то, в ко- [c.179]

П1-63, Газ поступает снизу, проходит по трубкам теплообменника, расположенным в слое катализатора, а затем сверху вниз проходит слой катализатора и выходит наружу. Степень превращения можно регулировать байпасированием части холодного газа, подогреваемого в теплообменнике, На рис. 111-64 представлено распределение температуры в реакторе (трубки теплообменника и слой катализатора). [c.299]

В расчете приняты условия равномерного распределения температуры и степеней превращения в поперечных сечениях всех слоев катализатора и постоянства эксплуатационных показателей (нагрузки по газу, концентрации ЗОг в газе, температуры, активности катализатора и др.). При учете реальных условий эксплуатации в расчет следует вводить соответствующий коэффициент запаса катализатора с, тем, чтобы обеспечить устойчивую работу контактного аппарата, которая зависит от многих факторов и прежде всего от температуры газа на входе в контактный аппарат и от времени контакта, т. е. от [c.179]

Рис. У-17. Распределение температуры п степени превращения в экспериментальном трубчатом реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора (к примеру У-З, см. также рпс. У-16).

Приведем несколько примеров. Так, при окислении метанола в формальдегид в комбинированном реакторе значительное влияние на технологический режим в трубчатой части аппарата оказывают неоднородности температуры хладоагента и активности катализатора . Это справедливо для всех трубчатых реакторов при осуществлении в них сильно экзотермических процессов. В адиабатической части аппарата температура на выходе из слоя катализатора и избирательность процесса зависят главным образом от неоднородностей начальной степени превращения метанола перед слоем и активности катализатора (особенно от соотношения констант полезной и побочной реакций). Очень чувствительны к неравномерному распределению температуры и концентраций контактные аппараты с адиабатическими слоями неподвижного катализатора и промежуточным отводом тепла, предназначенные для окисления двуокиси серы в производстве серной кислоты. Значительное влияние на достижение высоких конечных степеней превращения оказывают неоднородности в последних слоях этих реакторов. Сказанное выше справедливо и для других процессов, когда необходимо приблизиться к равновесию или достигнуть высокой степени превращения. [c.504]

Начало координат - в точке входа газа в слой катализатора. Эта задача - краевая (условия заданы на разных границах слоя). Ее можно решать методом пристрелки , подбирая Т = Т так, чтобы при заданном Тк было выполнено граничное условие при х = из (4.100). Оказалось, что можно найти таких три значения Г = Г1 при х = 0. Характерные распределения температуры и степени превращения представлены на рис. 4.28. В высокотемпературном режиме температура внутри слоя может достигать весьма больших значений, хотя на выходе из слоя Г будет соответствовать адиабатическому разогреву. [c.230]

Схема контактного аппарата с катализатором в трубах показана на рис. 56. Свежий газ, проходя снизу вверх, омывает трубы с катализатором 2, открытые сверху, и, попадая затем в трубы, проходит слой катализатора сверху вниз противотоком хладоагенту. Отвод тепла реакции происходит здесь непрерывно в процессе реакции. Несмотря на это, температурный режим в таких аппаратах далек от оптимального и часто менее благоприятен, чем в полочных аппаратах. Для плавного снижения температуры по мере контактирования требуется неравномерный отвод тепла по слою катализатора, т. е. в начале слоя должно отводиться во много раз больше тепла, чем в конце, так как скорость реакции и, следовательно, выделение реакционного тепла уменьшается с повыщением степени превращения. Такое распределение теплоотдачи не достигается в простых [c.188]

В целях улучшения распределения температуры и степени превращения по слою катализатора наиболее целесообразно отводить тепло при помощи газа. Применение больших скоростей газа позволяет путем создания турбулентных поперечных потоков отводить газом тепло реакции к охлаждающим поверхностям. [c.467]

В настоящее время известны конструкции реакторов, обеспечивающих поддержание как в продольном, так и в поперечном направлениях катализаторного слоя, распределение температур и степени превращения окиси углерода в соответствии с условиями реакции. При этом обеспечивается равномерное использование всей массы катализатора, что в свою очередь дает высокую производительность реакционного устройства. [c.468]

Наиболее выгодное для достижения минимального объема катализатора распределение температуры и степени превращения исходного вещества между слоями должно отвечать минимуму функции [c.405]

Применение высоких давлений, дающих необычно большую степень превращения на каждом контакте, вызывает необходимость в таком аппарате, который выдерживал бы высокое давление и одновременно допускал бы удаление большого количества выделяющегося тепла. К счастью, как уже упоминалось, Клод мог получить нихромовые сплавы, обладающие необходимыми для такого контактного аппарата свойствами. Было разработано простое устройство для распределения тепла в слое катализатора таким образом, чтобы температура сохранялась в пределах от 500 до 650° С. Контактный аппарат, сконструированный Клодом, показан на рис. 34. [c.188]

Неравномерность температур на входе в слой. Оптимальный режим определяется при условии равномерного распределения температур и концентраций в поперечном сечении слоя катализатора и при одинаковой температуре на входе в каждый слой во всех его точках. В действительности эту равномерность выдержать очень трудно, поэтому всегда наблюдаются отклонения от средней температуры. Отклонения от оптимальной температуры приводят к снижению степени превращения в слое и соответственно к ухудшению показателей работы всего аппарата. На рис. 1Х-34 и 1Х-35 приведены результаты расчета влияния отклонений от оптимального режима. На рис. 1Х-34 и 1Х-35, а показана зависимость необходимого избытка контактной массы по сравнению с оптимальным ее количеством от температуры /н на входе газа в слой катализатора (принималось, что степень превращения х в слое должна быть постоянной). Если избытка контактной массы нет, конечная степень 35 [c.547]

Запас по условиям устойчивости существенен для первых слоев катализатора, и его можно не учитывать для последующих слоев. Зато в них значительна поправка на влияние неравномерного распределения температуры и степени превращения на входе в слои. [c.549]

Определение температур и степеней превращения в отдельных сдоях катализатора. Легко убедиться, что даже при заданных конечной степени превращения и числе стадий существует бесконечно большое число способов распределения температур и изменений степени превращения между отдельными слоями катализатора. Из всех возможных вариантов необходимо выбрать наиболее выгодный, т. е. обеспечивающий минимальный расход катализатора. [c.287]

К сожалению, это преимущество двойных теплообменных элементов в данном аппарате сводится на нет недостатками гидродинамического порядка—неравномерным распределением газа по сечению. Эта неравномерность обычно проявляется в снижении общей степени превращения при неизменном и правильном (судя по замеру температур в центральной части аппарата) температурном режиме. Путем тщательного промера температур в разных точках сечения удается обнаружить участок с резко пониженными температурами. Обычно такой холодный участок расположен вблизи периферии аппарата. Часто таких участков бывает несколько. Если не принять мер к разогреву образовавшегося холодного участка, то температура в нем будет продолжать снижать ся вплоть до полного прекращения реакции окисления двуокиси серы, причем температура по всей высоте слоя катализатора станет равной температуре газа, входящего в аппарат. Одновременно, но значительно медленнее происходит и увеличение площади сечения холодного участка. [c.321]

Реактор с неподвижным слоем катализатора обеспечивает высокую степень превращения реагента, которая легко может быть измерена. Однако в этом реакторе трудно достигнуть условий изотермичности. Применение соляных или песчаных бань в некоторой степени разрешает эту задачу, но реакции с большим тепловым эффектом вызывают и при использовании бань большие перепады температур внутри слоя. Каналообразование или неправильное распределение потока могут внести ошибки в определение времени пребывания. Нестационарный режим работы реактора также может внести ошибки в данные по кинетике. Конструкция [c.376]

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]

Бартоломе и Крабец рассчитали многослойный адиабатический реактор для равновесной реакции НаО+С0 — На+СООни рассмотрели зависимость между превращением и входной температурой, влияние старения катализатора на степень нревращения, а также возможность увеличения нревращения путем наилучшего распределения катализатора по нескольким слоям с промежуточным охлаждением реакционной смеси. Они пришли к выводу, что если температура на входе выбрана правильно, отклонение от оптимального распределения катализатора в двухслойном реакторе оказывает лишь незначительное влияние на конечную степень превращения. Расчет оптимального распределения катализатора довольно прост, если имеется необходимая и надежная информация. Строго говоря, такой оптимум действителен только для заданных состава сырья и нагрузки реактора. Так как на работающей установке эти условия могут меняться, очень важно выяснить возможность оптимизации при измененных условиях. [c.215]

При сопоставлении кривой распределения скоростей газа для модели с температурными кривыми для промышленного аппарата (см. рис. 3) видно что повышенным температурам на периферии аппарата отвечают малые линейные скорости в моделях, и наоборот, пониженные температуры в центре аппарата вызываются высокими линейными скоростями. Это и естественно при малых линейных скоростях время пребывания газа больше, чем при высоких скоростях, и газ нагревается до более высокой температуры. То же и дляконтактного экзотермического процесса при увеличении времени пребывание газа в слое катализатора степень превращения и температура возрастают. Не вполне симметричное расположение температурной кривой вызвано тем, что коллектор постоянного сечения не обеспечивает равномерного распределения газа. [c.277]

В случае газофазных реакций на твердых катализаторах реакторы с псевдоожиженным слоем имеют определенное преимущество перед реакторами периодического действия или трубчатыми реакторами непрерывного действия. Кроме преимущества, определяемого легкостью механического перемещения катализатора, высокий коэффициент теплопередачи от стенки к слою обеспечивает легкость теплопоглощения или теплоотдачи. Более того, вследствие движения твердых частиц весь газ находится в реакторе, по существу, при одной и той н е температуре, образуя с твердым телом непрерывную гомогенную фазу. Еще одно достоинство этого реактора заключается в том, что величина доступной внешней поверхности здесь больше, чем Б реакторе с неподвижным слоем, так что реакции, лимитирующиеся диффузией в порах, будут давать более высокие степени превращения в режиме псевдоожиженного слоя. В задачи данной книги не входит проведение обсуждения механики псевдоожижения, и мы дадим лишь ссылки на соответствующие работы и исследования, выполненные различными авторами 144—46]. Достаточно сказать, что при пропускании газа снизу вверх через слой твердого тела имеет место падение давления в этом слое, которое непрерывно усиливается но мере течения газа. В конце концов наступает момент, когда подъемная сила, действующая на твердые частицы, становится равной весу частиц. С увеличением скорости течения газа подъемная сила такя е возрастает и поток поднимает частицы, увеличивая нри этом объем зазоров между частицами в слое катализатора. Неподвижный слой продолжает в результате расширяться до тех пор, пока не достигнет состояния наиболее рыхлой упаковки. Любое дальнейшее увеличение скорости газа вызывает разделение частиц друг от друга, и они переходят в состояние свободного парения. Весь слой находится теперь в псевдоожиженном состоянии. Теперь уже любое увеличение потока газа не сопровождается соответствующим увеличением перепада давления, так как скорость потока газа при течении через зазоры между частицами уменьшается вследствие расширения слоя. Увеличение потока газа выше точки начала псевдоожижения вызывает увеличение объема пустот внутри слоя. В конце концов достигается точка, когда газ начинает прорываться через слой в виде пузырей. Псевдоожиженный слой становится тогда очень похожим на кипящую жидкость. Образующиеся пузырьки газа движутся вверх через твердые частицы, которые находятся теперь в состоянии непрерывного движения. В случае газофазных реакций, катализируемых твердыми катализаторами, для предсказания рабочих условий чрезвычайно важно знать распределение времени контакта газа по слою. [c.433]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология