Виды химических реакторов

В ходе химико-технологических процессов химическому превращению подвергаются разнообразные вещества, обладающие различными физико-химическими свойствами. Разнообразна и сама природа химического взаимодействия. Естественно, что этому многообразию соответствует многообразие химических реакторов. Однако в научной литературе практически отсутствует сколько-нибудь приемлемая классификация химических реакторов, еслп иметь в виду не конструктивные особенности аппаратов, а внутреннюю сущность процессов, характеризуемую определенным сочетанием физических и химических явлений. [c.9]

Результаты расчетов приведены на рис. УП.Ю в виде фазовых траекторий. Расчеты производились при различных начальных значениях Т и с. Из рис. УП.Ю видно, что режим работы химического реактора характеризуется двумя устойчивыми стационарными состояниями (точки 1 и а). Точка 5з соответствует неустойчивому стационарному состоянию. [c.308]

Наиболее простой вид имеет математическая модель химического реактора периодического действия. Будем считать, что в реакторе идет единственная реакция превращения вещества X в вещество У ио схеме аХ->У, где а — стехиометрический коэффициент. Предположим, что порядок реакции равен п (часто полагают а = п, см. раздел 1.4.). При периодическом проведении процесса исходный материал с заданной концентрацией с о вещества X загружается в момент времени / = О и находится в реакторе в течение определенного времени до достижения некоторой конечной концентрации вещества X. Уравнение, описывающее процесс изменения концентрации в объеме реактора имеет вид [c.244]

ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ [c.84]

Промышленные химические реакторы отличаются большим конструктивным разнообразием. На конструкцию химического реактора и связанного с ним оборудования для физических процессов решающим образом влияет характер проводимой в нем реакции. Например, если реакция протекает с достаточной скоростью лишь при высоких температуре и давлении, следует выполнить реактор в виде цилиндра с толстыми стенками и включить в технологическую схему машины и аппараты для сжатия и нагревания газовой реакционной смеси. Если реакция протекает на катализаторе, необходимо применение аппаратов для тщательной очистки реакционной смеси от веществ, отравляющих катализатор. Если реакция обратима и, следовательно, протекает не полностью, требуется аппаратура для непрерывного выделения продукта из циркулирующей в системе реакционной смеси и возвращения непрореагировавших веществ в реактор (например, синтез аммиака). [c.243]

Математическая модель химического реактора в форме матрицы преобразования имеет следующий вид [c.174]

Представление о том, что динамические системы можно рассчитывать, исходя из устойчивости, не является, конечно, новым. Специалистам по управлению системами давно известно, что в системах с обратной связью требуется взаимное согласование точности и устойчивости (имеется в виду, что необходимые переходные характеристики можно получить только за счет некоторого снижения требовательности к устойчивости стационарного состояния). Известно, что вопрос об устойчивости системы не допускает простого ответа типа да — нет , а требует изучения степени устойчивости. Подобные соображения лежат в основе подхода к расчету химических реакторов, изложение которого начинается в следующей главе. Однако прежде необходимо описать характерные модели химических реакторов, отметив сделанные в каждой из них допущения. [c.14]

Виды химических реакторов [c.85]

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]

Иа всех типов химических реакторов аппараты без смешения потока, или, как мы будем их называть, трубчатые реакторы, отличаются наибольшим разнооб-разпем. В реакторах идеального смешения содержимое реактора стараются сделать как можно более однородным при проектировании же трубчатых реакторов цель состоит в том, чтобы избежать перемешивания. В идеальном случае каждый элемент потока проводит в реакторе одно и то же время. Таким образом, процесс в трубчатом реакторе напоминает периодическую реакцию в замкнутом объеме, причем координата, отсчитываемая по направлению движения потока, выполняет функцию времени. Конечно, такое утверждение слишком упрощает картину, однако желательно пметь в виду указанное соответствие между двумя процессами. [c.253]

Метод подхода к основам химической технологии через рассмотрение работы отдельных установок в настоящее время в основном не практикуется в связи с переходом к более обобщенному направлению, в котором теория явлений переноса рассматривается в общем виде. В пределах этого направления могут быть рассмотрены многие классические теории химической технологии. Долгое время явления массопереноса в условиях протекания химической реакции, которые имеют огромное значение в широком многообразии химических процессов, практически не использовались. В последние пятнадцать лет в литературе появились важные работы по общему представлению одновременных процессов массопереноса и химической реакции. Сюда можно отнести теоретические и экспериментальные работы в таких промышленно важных областях, как химическая абсорбция, гетерогенный катализ, продольное перемешивание в химических реакторах и др. [c.7]

Применение двухфазной модели для исследования и расчета химических реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора возможно лишь при знании коэффициентов Д и р. Как показано в работах [31, 45], эти коэффициенты зависят от масштаба реактора и, следовательно, те значения, которые можно получить на лабораторных и опытных установках, не могут быть использованы при масштабном переходе. Поэтому было предпринято ряд попыток получить обобщенные зависимости (графические или в виде уравнений) для и Р от размеров и конструктивных особенностей реакторов в присутствии химических реакций [124] и без них [31]. [c.127]

Как аналоговые, так и цифровые машины использовались для расчета теплообменников и конденсаторов . Как показано в главе III, химические реакторы хорошо рассчитываются с помощью аналоговых машин. При расчете реакторов вопросы динамики важнее, чем при расчете любого другого вида технологического оборудования [c.67]

Проточные реакторы. Большинство современных промышленных процессов проводится в непрерывно действующих проточных реакторах. Такой реактор представляет собой открытую систему, взаимодействующую с внешней средой в аппарат непрерывно подаются исходные вещества и отводятся продукты реакции и выделяющееся тепло. На показатели работы реактора влияют, наряду с химической кинетикой и макрокинетикой процесса, новые, специфические факторы конвективный поток реагентов и теплообмен с внешней средой. Расчет и теоретический анализ работы реактора с учетом взаимодействия и взаимного влияния всех этих факторов — далеко не простое дело. Число параметров и переменных, необходимых для точного расчета, в практически важных случаях может быть чрезвычайно большим и превосходить возможности даже самых быстродействующих вычислительных машин. Дополнительную сложность вносят типичные для крупномасштабных систем явления статистической неупорядоченности и случайного разброса характеристик процесса. Эти явления нельзя рассматривать как внешнюю, досадную помеху они связаны с самой природой процесса и должны обязательно приниматься во внимание при анализе его работы. Непременным залогом успеха при расчете промышленных химических реакторов является предварительный анализ основных факторов, влияющих на процесс в данных условиях. Только таким путем можно выделить основные связи из сложной и запутанной картины взаимодействия различных процессов переноса и химической реакции, не отягощая расчет излишними и зачастую обманчивыми уточнениями и в то же время не упуская из виду существенных, хотя, может быть, и трудных для анализа, действующих факторов. [c.203]

Заметим, что колонные аппараты обоих классов не всегда имеют два потока взаимодействующих веществ в ряде случаев одно из них (твердое или жидкое) может длительное время оставаться в неподвижном или турбулизованном состоянии на распределительных устройствах, омываясь непрерывным потоком другого в виде жидкости или газа (пара). В последние годы получили применение колонные секционированные аппараты, в которых взаимодействуют три фазы жидкость, газ и твердые частицы. Пр 1 этом газ и жидкость движутся непрерывными потоками, а слой твердых частиц, приведенный в псевдоожиженное состояние, длительное время остается в секциях аппарата. В массообменных аппаратах твердыми частицами (обычно сферической формы) являются инертные материалы, а в химических реакторах — реагенты или катализаторы. [c.14]

Кинетические данные часто представляют в виде эмпирических уравнений скорости. Эти уравнения вполне отвечают своему основному назначению — использованию при проектировании химических реакторов. [c.121]

Ниже будут подробно описаны некоторые модели химических реакторов. Все они основаны на фундаментальных законах сохранения массы и энергии. Эти законы приводят к моделям в виде дифференциальных уравнений, каждое из которых содержит первые производные по времени и первые или вторые производные по координатам (в зависимости от геометрии реактора и от физического механизма процесса). Численное решение этих уравнений явилось значительным вкладом в понимание свойств химических реакторов. Однако такая информация полезна, но недостаточна. Инженеру необходимо иметь возможность описать набор решений для некоторой области граничных условий или параметров. В принципе, такие результаты может дать и численное решение, но на практике оказывается, что эти расчеты требуют слишком много машинного времени. Поэтому полезно иметь сведения о так называемой структуре решения. Ясно, что аналитические или качественные методы и методы численного решения не являются взаимоисключающими. В конечном счете качественные оценки облегчают расчеты на ЭВМ, и наоборот. [c.13]

Балансы процессов, проходящих в химическом реакторе, можно представить в виде дифференциальных уравнений, относящихся к единице объема. [c.149]

В широком смысле к химическим реакторам могут быть отнесены п многие другие аппараты для проведения химических реакций, которые, однако, используются не для получения определенного вещества, а для каких-либо других целей (например, горелки различных видов, двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, электрические батареи, аккумуляторы и т. д.). Во всех таких устройствах главным является не продукт, получаемый в результате химической реакции, а тепловой или электрический эффект, механическая работа и т. д. [c.26]

Для химического реактора гидрохлорирования используем математическое описание на основе заданной степени превращения этилена х [16]. Так как стехио-метрическое уравнение реакции имеет вид [c.64]

Существенный аспект топливно-энергетической проблемы — это повыщение эффективности использования топливных ресурсов, в частности возможно более полное использование всех видов энергии. Известно, что химическая промышленность и смежные с ней отрасли являются крупнейшими потребителями тепловой и электрической энергии. В последние годы особенно большое внимание уделялось снижению всех видов энергозатрат в химико-технологических процессах — прежде всего уменьшению теплопотерь и наиболее полному использованию реакционной теплоты. Одним из путей повышения энергетической эффективности химико-технологических процессов служит химическая энерготехнология, т. е. организация крупномасштабных химико-технологических процессов с максимальным использованием энергии (прежде всего теплоты) химических реакций. В энерготехнологических схемах энергетические установки — котлы-утилизаторы, газовые и паровые турбины составляют единую систему с химико-технологическими установками химические и энергетические стадии процесса взаимосвязаны и взаимообусловлены. Химические реакторы одновременно выполняют функции энергетических устройств, например вырабатывают пар заданных параметров. Энерготехнологические системы реализуются прежде всего на базе агрегатов большой мощности — крупнотоннажных установок синтеза аммиака, синтеза метанола, производства серной кислоты, азотной кислоты, получения карбамида, аммиачной селитры и т. д. [c.37]

В общем случае под математическим описанием будем понимать уравнения, связывающие входные и выходные переменные процесса. Сейчас вид указанных уравнений не конкретизируется в зависимости от типа реактора и режима его работы это могут быть либо конечные уравнения, либо дифференциальные уравнения (в обыкновенных или частных производных) Вид математических описаний для химических реакторов рассмотрен в главе II. [c.17]

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]

В вышедших в последнее время монографиях [16, 30, 44], затрагивающих проблемы расчета химических реакторов, вопрос об образовании гетерогенных жидких систем или не рассматривается вообще, или дается в недостаточно систематизированном виде. Поэтому прежде, чем переходить к конкретной задаче анализа диспергирования несмешивающихся жидкостей в барботажных колоннах, рассмотрим более подробно общие представления о физической сущности этого процесса. [c.58]

Для представления математической модели химического реактора ХТС (рис. 1П-2, а) в виде линейного уравнения с коэффициентами разделения предполагают, что реактор состоит из совокупности двух последовательных элементов, в которых не происходит химическая реакция (рис. 1П-2, б). Элемент (г — 1) имеет две фазы на выходе. Первая фаза соответствует количеству к-го компонента (Х/ — W , вступившего в реакцию, вторая фаза — ненрореагировавшему количеству к-го компонента Элемент (г — 2) имеет также две фазы на выходе — фазу свежего питания которая отображает количество компонента е, образовавшегося в реакторе, и фазу В этом случае коэффициенты разделения для реактора находят следующим образом [c.83]

Большинство гетерогенно-каталитических реакций в химической промышленности осуществляется в виде непрерывного процесса в потоке. Химический реактор обычно представляет собой цилиндрический сосуд, частично заполненный слоем катализатора, обычно виде таблеток или гранул. Реагируюш,ая смесь газов поступает в реактор с одной стороны (снизу) и проходит через слой катали-ватора, а продукты реакции вместе с непрореагировавшей частью исходных веществ выходят из реактора с другой стороны (сверху). При этом, в реакторе устанавливается стационарное состояние, при котором содержание реагентов в газовой смеси, температура и давление в каждой точке внутри реактора с течением времени не меняются. [c.434]

Результаты исследований по кинетике химических реакций в условиях наличия поля центробежных сил и струйного течения газа в реакционной зоне и разработанная методика расчета термокаталитических трубных аппаратов дают широкие возможности для моделирования и конструирования устройств санитарной очистки газов, выбрасываемых в атмосферу (основные виды фотохимических реакторов представлены выше). [c.315]

Химические реакторы представляют собой весьма сложные технологические объекты вообще говоря, их математические модели включают сложные нелинейные дифференциальные уравнения в частных производных. Однако в различных частных случаях эти модели приобретают более простой вид. Будем рассматривать математические модели изотермических реакторов. В таких реакторах температура реакционной смеси постоянна п перенос теплоты отсутствует, поэтому математические модели не включают уравнений теплопереноса. [c.244]

Теперь рассмотрим проточный химический реактор идеального перемешивания, в котором идет реакция первого порядка. Уравнение (5.4.14) в этом случае имеет вид [c.249]

Согласно представленной классификации, примеры промышленного оформления химических реакторов будут даны применительно к трем указанным группам реакторов непрерывного действия, имея в виду, что реакторы периодического действия применяют преимущественно для процессов, протекающих при наличии жидкой фазы и в большинстве случаев оформляют но типу реакторов первой группы. [c.46]

Критерии оптимальности в виде функционалов. Решение ур. Эйлера. Многослойные адиабатические реакторы. Оптимальный температурный режим обратимых экзотермических реакций в слоях идеального вытеснения оптимальный температурный режим химических реакторов при наличии ограничений на область изменения температур и т. д. [c.142]

Имеется в виду наука о процессах и ашхаратах химической технологии, включая теорию химических реакторов. — Прим. ред. [c.7]

В настоящей главе мы не будем заниматься степенью сегрегирования жидкостей в количественном аспекте, а разберем только поведение их при макро- и микросмешении и найдем, как указанные виды смешения влияют на характеристики химических реакторов. Это даст возможность в дальнейшем установить, какой вид смешения предпочтительнее, какой — надо стимулировать, а какой, наоборот, — затруднять. В конце главы мы проанализируем ряд расчетных методов, позволяющих определить наиболее целесообразный для данного случая вид смешения. [c.301]

Создание единой для большого числа процессов и аппаратов математической модели, отражающей физическую сущность явления, невозможно без выявления истинных закономерностей осуществляемых физико-химических превращений. Вместо подгонки диффузионных моделей с эффективными, т. е. дающими похожий на конечный результат ответ, коэффициентами под единичные эксперименты, надо направить усилия на изучение определяющих этот комплексный ответ отдельных факторов, таких как структура слоя катализатора, глобальная и локальная гидродинамика смеси, тепло- и массоперенос, кинетика гетерогенных химических реакций. Основу этого изучения по каждому из указанных разделов должно составлять целенаправленное экспериментальное обследование во всем интересном для практических приложений диапазоне изменения определяющих параметров с последующей фиксацией физических закономерностей или критериев нодобпя исследуемого яв.пения. На первом этапе изучения отдельных влияющих па работу химических реакторов факторов, кроме изучения кинетики химических реакций, остается реальной идея физического, в том числе и масштабного, моделирования с применением вычислительной техники, при этом должно быть обеспечено соответствие теоретических моделей экспериментальным данным. На втором этапе описания работы химических реакторов общая математическая модель будет получена сложением отдельных составляющих процесса. Основным будет выбор частных видов общей модели, отвечающих конкретным практическим случаям, и их численный расчет с учетом всех влияющих факторов. [c.53]

Производство катализаторов быстро развивается. В настоящее время наша промышленность использует свыше ста видов твердых катал 1заторов. Разрабатываются сотни новых и усовершенствованных катализаторов. Синтезу и изучению свойств катализаторов ежегодно посвящаются многочисленные статьи в советских и зарубежных журналах. Особенно много публикаций относится к применению катализаторов. По вопросам изучения каталитических процессов и реакторов в мировой научно-технической литературе опубликовано за последние годы множество статей и монографий. Однако сравнительно мало литературы посвящено технологии катализаторов. Вопросы производства катализаторов занимают весьма скромное место в монографиях по катализу. Опубликованы превосходные монографии по химическим реакторам, но в них почти не нашли отражения реакторы, применяемые в производстве катализаторов. [c.3]

Изоклины являются местом расположения точек, в которых траектории имеют наклон т. Исходя из различных начальных точек, представляющих интерес, можно при желании покрыть фазовую плоскость траекториями любой степени плотности. Давно доказанные теоремы [Беллман (1953 г.) и Страбл (1962 г.)] утверждают, что для системы вида (III, 1) траектория из любой точки будет единственной, когда функции fi и /2 имеют непрерывную первую производную по каждому из аргументов. Поскольку это всегда верно для моделей химических реакторов, траектории могут пересекаться только в сингулярных точках, где производные d /dt и dx]/di равны нулю. Эти точки представляют одно или несколько стационарных состояний, определяемых уравнениями (I, 5). Более детально вопрос о фазовых плоскостях освещен, например, в книгах Траксаля (1955 г.) и Перлмуттера (1965 г.). [c.57]

А. Теплообмен на черной стенке. Для проектирова-ваиия камера сгорания или химический реактор часто моделируются, за исключением пристеночно1 о пограничного слоя, объемом, заполненным хорошо перемешанным газом с однородным составом и температурой. В данном случае предположим, что влиянием пограничного слоя можно пренебречь. Спектральную плотность результи-руюн(сго радиационного потока теплоты через некоторую плоскость запишем в виде [c.494]

Проблемы, связанные с разделением фаз. На теплообменники могут воздействовать различные агрессивные вещества. Вместе с тем могут возникать другие виды воздействий, связанные с разделением фаз во время охлаждения или нагрева. Один случай уже ранее рассматривался образование и удар капель воды в газе с содержанием СОо. Аналогичная проблема может возникать в случае, когда газ содержит определенную долю НзЗ, что характерно для ряда нефтеперегонных процессов в таких случаях необходимо использовать аустенитную сталь для труб [10]. В некоторых процессах в результате синтеза в химических реакторах может образовываться небольшое количество органических кислот, таких, как муравьиная, уксусная и масляная, которые могут конденсироваться преимущественно при опускном течении жидкости в охладителях, а затем в дисцилляционных установках. Вниз по потоку от точки начала конденсации кислоты становятся все более разбавленными и менее коррозионными. Кроме основных компонентов потока в реакторах образуются небольшие количества агрессивных соединений, что способствует увеличению скорости коррозии. В качестве примера можно привести цианид водорода, который образуется в реакторах при каталитическом крекинге жидкости. Однако отложения, образующиеся вследствие выноса из дистилляционных установок, могут оказаться полезными. Ранее было отмечено, что углеродистая сталь обладает стойкостью при работе парциального конденсатора очистителя СОа, несмотря на то, что в газовой фазе концентрация СО2 высока. Это происходит отчасти вследствие выноса карбоната калия или раствора аминовой кислоты, из которых происходит выделение СО2, что значительно уменьшает кислотность конденсата. Кислород способствует ускорению ряда коррозионных процессов (а именно образованию сернистых соединений за счет НзЗ) и коррозии за счет СО2, а случайное загрязнение кислородом (например, из-за [c.320]

Для получения НСЮ предварительно готовили исходный водно-солевой раствор каустика. Для этого в реактор с мешалкой (поз. Д-1) (рис. 3.1) подавали водную фазу в виде химически очищенной воды, насыщенного хлоридом натрия рафинатного раствора после выпарки из него МЭК и раствора NaOH (42% мае.). Приготовленный водно-солевой раствор с концентрацией NaOH — 2- 2.5% мае., Na l — 18-20% мае. из емкости (поз. Д-1) насосом (поз. Д-2) со скоростью 0.lo-о. 15 м- /ч подавали в верхнюю часть хлоратора (поз. Д-3). [c.134]

Рафинирование осуществляют в химическом реакторе с мешалкой при температуре 105-110°С. Для поддержания необходимой температуры в рубашку реактора подают перегретый пар. В качестве окислителя используют смесь К2СГ2О7 с 50 мас.% серной кислотой, образующиеся К2804 и Сг2(804)з выделяют из отработанного раствора в виде квасцов КСг(804)2Т2Н20, используемых в качестве дубителя для выделки кожаных изделий. [c.23]

Так получены уравнения для динамики химических реакторов при возмущениях по потокам реахентов в аппаратах с перемешиванием. Для химической реакции последовательного ч ипа эти уравнения имеют вид [c.19]

Энтропия S° и теплоемкость С /. - важнейшие термодинамические свойства химических веществ, используемые при инженерных расчетах массотеплообменных аппаратов и химических реакторов технологических процессов нефтегазопереработки и нефтехимии. Экспериментальные данные по моделируемым свойствам представлены преимущественно в виде таблиц или номограмм в различных физико-химических справочниках и монографиях [8, 22]. Для их расчетов при разных температурах предложены индивидуальные модели, как правило, в виде уравнений регрессии. Непосредственное использование этих данных для массовых инженерных расчетов затруднительно, поскольку они не приведены к удобному для компьютерных методов расчетов и к тому же существенно отличаются друг от друга точностью. [c.96]

Определив границы изменения ад, отметим, что в модель региона войдут также уравнения, выражающие зависимости одних выходных параметров от других, конечно, если такие имеют место. Р1апример, для реактора такими зависимостями при известном значении степени превращения по ведущим компонентам каждой реакции (A/ij) могут быть уравнения стехиометрии протекающих в нем реакций. В соответствии с тем, что стехиометрические уравнения реакции отражают равенства числа и вида химических элементов между начальными и конечными продуктами реакций, в самом общем виде (как было показано в гл. I) эти уравнения можно представить следующим образом [c.174]