Неизотермический процесс в химическом реакторе

Сложность и многообразие химических процессов обусловили создание весьма большого количества, различных типов химических реакторов. Это затрудняет разработку единой классификации. Обычно в качестве признаков классификации выбираются принцип действия (периодический, непрерывный, полунепрерывный), характер и свойства фаз реагирующих веществ (гетерогенные, гомогенные), характер теплового режима и распределение температур в реакционной зоне (изотермические, неизотермические, адиабатические), тип конструкции, схемы соединения реакторов и т. д. [c.14]

НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС В ХИМИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ [c.132]

В неизотермическом режиме температура в реакторе изменяется вследствие вьщеления (поглощения) тепла реакции и теплообмена с посторонним теплоносителем. При расчете процесса в химическом реакторе в неизотермическом режиме используются балансовые уравнения массы и тепла. [c.101]

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]

Наличие зависимости скорости тепловыделения от скорости химической реакции, а скорости химической реакции от температуры приводит к возникновению в неизотермическом реакторе положительной обратной связи, которая может вызвать неустойчивость процесса. Поэтому одним из этапов разработки реакторного узла является исследование устойчивости стационарного состояния [11, 12]. [c.171]

При исследовании кинетики реакций весьма важен вопрос о выборе контролируемого параметра. В простых газо-жидкостных процессах, в которых хорошо изучены направления химических превращений (например, реакции гидрирования непредельных соединений или восстановления нитросоединений водородом), контролируемым параметром может служить давление. Процесс в этом случав проводят статически в изохорических условиях, а скорости реакций измеряют по скорости изменения давления в системе. Математическая обработка полученных результатов достаточно проста. Для сравнительно простых реакций можно применять адиабатический метод исследования кинетики [4—6], когда контролируемым параметром является только температура. Метод основан на определении скорости разогрева (охлаждения) адиабатического реактора и применим для сильно экзотермических (или эндотермических) реакций. Для его использования нужно знать тепловые эффекты реакций и теплоемкости реагентов и продуктов. Надо, однако, иметь в виду, что при применении чисто адиабатического метода всегда есть опасность непредвиденного изменения направления реакции по мере повышения температуры, что сразу затрудняет расшифровку полученных данных. Гораздо большую перспективу имеет применение для исследования каталитических процессов метода неизотермического эксперимента, где наряду с анализом веществ производится замер профиля температуры по длине слоя катализатора или по ходу опыта. [c.403]

Анализировать процесс, протекающий в химическом реакторе, начнем с рассмотрения изотермического режима. Несмотря на его искусственность (хотя в практике реализуется не редко), это важно для понимания многих свойств процесса в реакторе. При изучении неизотермического процесса в химическом реакторе будут получены ответы на вопросы каким образом создается температурный режим протекания реакции, как управлять им, к каким особенностям процесса приводят взаимовлияние тепловых потоков в реакционной зоне и в реакторе. [c.159]

Анализ процессов в химическом реакторе будем проводить по мере их усложнения, обусловленное увеличением числа явлений, имеющих место в процессе. Рассматривая вначале изотермические процессы, а затем - процессы с явлениями теплопереноса (неизотермические), будем опираться на полученные выше математические модели (или, как принято говорить, изучать процессы в рамках этих моделей). [c.162]

На рис. П-27 приведен профиль температуры и степени превращения для адиабатического реактора. В случае неадиабатического и неизотермического процесса кривая, полученная для адиабатического процесса, должна быть дополнена учетом теплопотерь. Оценка этой величины может быть сделана по описанному выше методу определения теплопотерь в радиальном направлении путем пропускания газа при отсутствии химической реакции. Измеренная в этом случае разность температур на входе и выходе реактора вх —/вых равна разности температур (/г —/о) = С з/(СсСр), [c.181]

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]

Кинетика селективной паровой конверсии этана (в смеси с метаном) на никель-хромовом катализаторе. Для изучения этого процесса мы предложили методику обработки результатов исследования кинетики химического процесса на проточном градиентном реакторе нашей конструкции в неизотермических условиях [36]. Основной особенностью кинетики конверсии этана с водяным паром является то, что скорость данного процесса сначала возрастает, достигает максимума и лишь затем (при значительной степени превращения углеводорода) начинает уменьшаться. В целом процесс имеет выраженный автокаталитический характер. Полученные нами экспериментальные данные удовлетворительно описываются эмпирическим кинетическим уравнением [c.122]

Хотелось бы обратить внимание еще на один возможный подход к описанию плазмохимических реакций, обладающих относительно небольшим суммарным тепловым эффектом. Выше был получен закон изменения температуры в реакторе на основе общего энергетического баланса процессов, связанных с испарением жидкости и нагреванием ее пара. Предложенный выше механизм закалки приводит к достаточно большой скорости охлаждения плазменной струи, находящейся в согласии с экспериментальными данными. При этом энергетический вклад химических реакций в процесс охлаждения плазменной струи не учитывался, так как он относительно мал. Последнее позволяет сделать следующий шаг в изучении плазмохимических реакций рассматриваемого типа. Полученный выше закон изменения температуры в реакторе можно использовать для рассмотрения кинетики неизотермических реакций в плазменной струе. [c.194]

Рассматриваемые в данной монографии модификации гидрогенизационных процессов экзотермичны, и для успешного их протекания необходим отвод тепла. Основные -положения теории теплового регулирования химических превращений впервые были рассмотрены и обобщены в Советском Союзе [2—5]. Прямое сравнение их возможно в том случае, если температурный график неизотермического реактора будет приводиться к какой-либо одной характерной температуре. Достигаемая в реакторе глубина превращения определяется средней скоростью протекания реакции, поэтому параметром,характеризующим ее, следует считать температуру, эквивалентную средней скорости процесса, проводимого в изотермических условиях, или, как ее иначе называют, эквивалентную изотермическую (кинетическую) температуру [6, 7]. [c.137]

Исследование химических процессов (особенно неизотермических реакций в потоке, что является наиболее распространенным случаем химической технологии) требует выяснения влияния изменения начальных условий (температура, соотнопгение концентраций и т. п.) на решение системы дифференциальных уравнений, представляющих собой математическую модель процесса. В данном разделе на примере реакции пиролиза метана в плазменной струе проведено такое исследование с помощью численного решения на электронной цифровой вычислительной машине. В работе 115] на математической модели плазмохимического процесса конверсии метана в ацетилен было изучено влияние начальной температуры Т (0), начально скорости V (0) плазменной струи и начальной концентрации метана (0) на максимум концентрации ацетилена Сз (г ), длину реактора Ь и другие величины. При этом было отмечено, что зависимость величин (г ), Ь и [c.52]

Рассмотрение проблемы устойчивости физико-химических процессов начнем с частного случая — проведения простой реакции в неизотермическом реакторе идеального перемешивания. Мате- [c.157]

Неудивительно, что в последние годы появилось значительное количество работ, посвященных этой проблеме (их обзор можно найти, например, в книге [10]), в которых делаются попытки учесть случайный характер изменения таких величин, как температура, при которой происходит процесс химического превращения, скорость потока газа в реакторе и т. п. Детальный анализ предлагаемых в этих работах моделей [10] показал, что ни так называемые газодинами- ческие, ни молекулярно-кинетические модели не позволяют обойтись без привлечения каких-либо дополнительных физических гипотез, необходимых для замыкания получающихся бесконечных зацепляющихся уравнений для моментов случайных полей либо для функций плотности распределения вероятностей. Использование таких моделей служит исключительно практическим целям инженерного анализа, хотя и позволяет в ряде случаев приблизиться к пониманию тех физических явлений, которые определяют деталь ную структуру физико-химических процессов в турбулентной неизотермической среде. [c.204]

При анализе процесса турбулентного перемешивания струй плазмы и реагента до молекулярных масштабов будем исходить из известных концепций теории турбулентного переноса [6,9, 43—48] и считать, что в турбулентном потоке существуют глобулы различных размеров. С течением времени происходит дробление глобул вплоть до момента, когда их размер сравнивается до порядку величины с масштабом Колмогорова /к — 10й/Ве /% где й — характерный размер течения и Ве — число Рейнольдса. Выше показано (см. стр. 202), что характерное время молекулярной диффузии в масштабе /к намного меньше характерного времени процесса, приводящего к постепенному уменьшению размеров глобул в турбулентном потоке. Следовательно, скорость молекулярной диффузии в масштабе й, т. е. процесса, приводящего к перемешиванию на молекулярном уровне, фактически будет определяться скоростью уменьшения размеров крупных глобул. Для того чтобы проследить за процессом турбулентного перемешивания плазмы и реагентов до молекулярного уровня, авторы предложили использовать очень быструю химическую реакцию [88]. В отличие от других работ, где использовался метод быстрой химической реакции [25—29], в данном случае исследуемая система является неизотермической. Фактически здесь необходимо с помощью метода быстрой химической реакции проследить за процессом нагревания холодного газа, вводимого в поток плазмы. Подбор химической реакции производился с учетом следующих требований. Во-первых, характерное время реакции должно быть значительно меньше характерного времени процесса турбулентного перемешивания, которое можно оценить для конкретных условий эксперимента. Пусть характерный размер турбулентного течения равен диаметру канала реактора й = 5 10 см коэффициент турбулентной диффузии в сходных условиях составляет, по оценке 80], величину Вт 1 см сек. Таким образом, характерное время турбулентного перемешивания составит Тт й /Вт = 2,5сек. Во-вторых, механизм реакции должен быть достаточно простым для того, чтобы в исследуемых условиях его можно было в хорошем приближении описать схемой типа А + -> продукты, где А — молекула исходного реагента, М — молекула инертного газа плазмен-i oй струи. Если в качестве реагента выбрать закись азота N30, то механизм [c.210]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология