Модели каталитических реакторов

Математическое моделирование процессов на зерне катализатора. После проведения кинетических исследований переходят к следующему этапу построения модели каталитического реактора, а именно к исследованию процессов, протекающих в зерне катализатора. При этом известно, что модели, описывающие процессы в зерне катализатора для систем катализатор—жидкость, иногда не отличаются от процессов, протекающих в системе катализатор — газ, что дает возможность использовать в обоих случаях одни и те же уравнения материального и теплового балансов. [c.28]

Поведение пузырей в слое сложно, и его не удается полностью отразить в модели каталитического реактора со взвешенным слоем, так как, с одной стороны, недостаточно изучено поведение пузырей и плотной части слоя, а с другой, — трудно решить описывающие реактор уравнения, если в них подробно учитывать структуру слоя. В связи с этим приняты идеализированные модели структуры слоя, упрощающие описание реактора. [c.32]

По выражению (1.27) из опытных данных определяется величина которого важна для составления модели каталитического реактора со взвешенным слоем. Часто для характеристики перемешивания в слое используют- не а зависящий от него критерий Ре. Его предельные значения для взвешенного слоя равны О (полное смещение) и оо (идеальное вытеснение). [c.36]

Рассмотрим двухфазную модель каталитического реактора с изотермическим взвешенным неоднородным слоем. В дальнейшем будем иметь в виду, что в непрерывной фазе протекает реакция в кинетической области.. [c.311]

МОДЕЛИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ [c.271]

Модели каталитического реактора с неоднородным кипя щим слоем................. [c.4]

МОДЕЛИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА С НЕОДНОРОДНЫМ КИПЯЩИМ СЛОЕМ [c.157]

Неупорядоченность структуры слоя, сложный характер движения газа и твердых частиц не могут быть полностью отражены в модели каталитического реактора со взвешенным слоем. В связи с этим приняты идеализированные модели структуры слоя, упрощающие описание реактора. Для свободного слоя наиболее известна так называемая двухфазная модель структуры, в которой слой делится на непрерывную (плотную) часть и дискретную (пузыри, пустоты между агрегатами). Первоначально считали [87, 134, 203], что [c.35]

МОДЕЛИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ СИСТЕМЫ ДК/ДА [c.266]

На многих установках модели III реакторы оборудованы не одноступенчатыми циклонами (что характерно для реакторов установок модели II), а двухступенчатыми. Во многих случаях отстойники для тяжелого каталитического газойля были конструктивно объединены с нижней секцией ректификационной колонны. [c.258]

Создание промышленного реактора. При решении задач этого уровня возникает новый комплекс проблем, требующих для своего разрешения применения всего арсенала средств современного системного анализа [101. В целом гетерогенный каталитический реактор представляет собой сложную, состоящую из большого числа элементарных звеньев систему. Детальное изучение структуры внутренних связей в реакторе и выявление главных факторов, определяющих технологический режим, дают возможность построить математическую модель, отражающую наиболее существенные моменты работы реактора. Анализ математической модели реактора с применением ЭВМ (так называемый машинный эксперимент), позволяет создать оптимально действующий промышленный контактный аппарат и систему автоматического [c.14]

Последняя осуществлялась при проведении кинетического изучения реакции алкилирования -бутана пропиленом с целью построения адекватной кинетической модели этой реакции. При постановке кинетических экспериментов измеряли концентрации на выходе из каталитического реактора пропилена (у ), и-бутана (г/з), и-октана (г/д), н-гексана y ). Следовательно, вектор наблюдений у = [г/1,. . ., y V имеет размерность 4x1, т. е. = 4. [c.183]

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ [c.219]

Основные каталитические процессы в нефтехимической и химической промышленности характеризуются многостадийностью собственно химических превращений при значительном числе участвующих в них реактантов. Последнее является причиной многомерности и сложности математических моделей, в которые входят большое количество уравнений, в первую очередь материального и теплового балансов. Практическое использование подобных моделей затруднительно, ибо для получения на ЭВМ полей концентраций реагентов и температуры в реакторе требуются большие затраты машинного времени. Это приводит во многих практических ситуациях к чрезмерному усложнению процедур структурной и параметрической идентификации и к невозможности научно обоснованного выбора математической модели каталитического процесса, отражающей результаты промышленного эксперимента в широком диапазоне изменения технологических параметров. Эффективный путь преодоления этих трудностей состоит в сокращении размерности уравнений модели за счет априори построенных уравнений инвариантов физико-химических (реакторных) систем. Инварианты позволяют также осуществить предварительную оценку параметров реакторных моделей, проверить обоснованность выбора граничных условий. [c.242]

При построении модели первым шагом является разделение слоя катализатора на отдельные зоны. На рис. 7.17 показаны схемы разделения на зоны каталитического реактора. [c.330]

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]

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДРУГИХ ТИПОВ ЖИДКОСТНЫХ ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ [c.192]

К достоинствам реакторов Корнейчука следует отнести их компактность, относительную простоту, возможность работать без термостата. Недостаток заключается в большом мертвом объеме горячего пространства, что затрудняет или даже делает невозможным изучение гетерогенно-каталитических реакций с заметно текущими параллельными или последовательными объемными реакциями. Кроме того, интенсивность циркуляции газов в этих реакторах не всегда достаточна и не подается контролю. Последнее замечание касается многих моделей кинетических реакторов с циркуляцией. До последнего времени этот момент недооценивался, однако, как показал опыт, без учета линейных скоростей потока можно [c.411]

В качестве примера составим логическую модель конструкции реактора каталитической конверсии окиси углерода водяным паром и перечислим возможные варианты конструкции реактора, составленного из следующих функцион а льно- [c.227]

Различают стационарные (рис, 2) и нестационарные (рис. 3) случайные процессы. Стационарные случайные процессы протекают во времени приблизительно однородно и имеют вид случайных колебаний вокруг некоторого среднего значения, причем ни средняя амплитуда, ни характер этих колебаний не обнаруживают существенных изменений с течением времени. Исследуя стационарный процесс на любом участке времени, получают одни и те же характеристики. Нестационарные случайные процессы имеют определенную тенденцию развития во времени, характеристики такого процесса зависят от начала отсчета. Если изменение технологических пара.метров объекта носит характер нестационарного случайного процесса, принципиально невозможно получить модель процесса в виде алгебраического уравнения (3) с постоянными коэффициентами, Это встречается, например, нри моделировании процесса в каталитическом реакторе, если характеристики катализатора резко меняются за период его эксплуатации. [c.7]

Решены основные теоретические вопросы построения математических моделей многофазных каталитических реакторов, в частности реактора с трехфазным псевдоожиженным слоем (ТПС). [c.5]

В целом книга содержит широкий спектр актуальных вопросов по моделированию химических реакторов, включая разработку новых математических моделей каталитических процессов, качественное исследование решений возникающих систем дифференциальных уравнений и эффективные численные методы. [c.5]

Вторая задача, от которой непосредственно зависит успех создания эффективных искусственно создаваемых нестационарных процессов,— это дальнейшее развитие теоретических основ динамики гетерогенных каталитических реакторов. В нестационарных условиях гораздо сильнее, чем в стационарных, проявляется влияние процессов переноса вещества, тепла и импульса. Небольшие изменения, например, в условиях массо- и (или) теплообмена в зернистом слое катализатора могут привести к весьма заметным изменениям избирательности, степени превращения. Поэтому для осуществления нестационарных процессов требуется глубокое и ясное понимание всех физических процессов в реакторе. Количественное знание позволяет строить простые математические модели процессов в реакторах любой производительности. Кроме того, глубокое понимание всех основных закономерностей массо- и теплопереноса в реакторах позволяет создавать условия, благоприятно влияющие на показатели каталитического процесса. Нам представляется, что поиск таких условий эмпирически, на основе общих соображений нечасто будет приводить к заметным положительным эффектам. Особо важно отметить необходимость экспериментальных и теоретических работ по исследованию и количественному описанию поведения твердых частиц катализатора в реакторах, работающих в условиях псевдоожижения, пневмотранспорта, циркуляции частиц между реакторам н регенератором. Именно в таких реакторах легче организовать условия работы при нестационарном состоянии катализатора. [c.227]

Глубокое понимание существа гидродинамических явлений, происходящих в слое, является определяющим для правильного анализа результатов эксперимента в лабораторных и промышленных каталитических реакторах и создания для них удовлетворительной модели . Приведенные в данной главе материалы дают основные представления о гидродинамике в объеме, необходимом для понимания особенностей протекания каталитических процессов во взвешенном слое. Существует несколько модификаций взвешенного слоя в конических аппаратах, в поле центробежных сил, фонтанирующий слой и др. Здесь будет рассмотрен наипростейший вариант слоя — свободный взвешенный слой в цилиндрических аппаратах. [c.15]

Другим примером двухфазной системы, смоделированной путем объединения двух простейших моделей, может служить каталитический реактор с плотным слоем твердых частиц. Следуя Лью, Арису и Амундсону (1963 г.), можно предположить, что газ (жидкость) находится в поршневом потоке, а химическая реакция происходит только внутри твердой фазы и может изменять состав газа (жидкости) только путем переноса между фазами. Тогда уравнения мо- [c.20]

Для каталитических реакторов математическая модель в общем случае должна включать в себя систему уравнений кинетики и макрокинетики (гидродинамики и тепломассообмена). [c.73]

В заключение отметим, что область применения моделей каталитического крекинга не ограничивается оптимальным управлением или оптимальным проектированием. Модели могут быть использованы для обучения операторов установки особенностям процесса или для проигрывания технологических ситуаций, т. е. в качестве тренажера. Математические модели применяются для углубленного изучения процесса, в частности, для исследования устойчивости замкнутого контура реактор-регенератор . [c.119]

Хорошие результаты уже получены при оценке возможности повыщения эффективности каталитических реакторов со стационарным слоем катализатора, работающих в адиабатических условиях. Математическая модель такого реактора имеет вид [c.21]

В нестационарных условиях каталитической гетерогенной реакции ее кинетическая модель в общем случае состоит из уравнений скорости изменения концентраций реагирующих веществ, скорости изменения состава катализатора, диффузии растворенных веществ в катализаторе, переноса реагирующих веществ от одних активных к другим (например, для бифункциональных и мембранных катализаторов) и уравнений, связывающих каталическ-ие свойства с параметрами системы, а также функций распределения активных мест [365]. В дальнейшем будут рассмотрены более простые модели. Так, нестационарная модель каталитического реактора идеального смещения (изотермического) имеет вид [c.28]

Помимо описанных моделей процессов, иротекающ,их в реакторах со стационарным слоем катализатора и двухфазным потоком таза и жидкости, разработаны и другие математические модели [42—46], а также упрогценные подходы [18,19,21,47], позволяю-ш,ие исследовать влияние различных переменных на показатели протекания гетерогенно-каталитических процессов и проводить расчеты технологических и конструкционных параметров, а также оптимизацию каталитических реакторов. [c.239]

Квазигомогепная модель была разработана применительно к гетерогенно-каталитическим реакторам [21]. В дальнейшем ее рас-пространилп на ДН Р [22—24] без детального анализа условий и границ ее применимости. Эта модель носит наиболее приближенный характер. Она основана на использовании фиктивных констант скорости реакции, которые вводятся на базе представлений о полном и мгновенном растворении в реакционной фазе реагентов, подаваемых в аппарат с транспортной фазой. [c.119]

Метод математического моделирования эаключается в том, что явления, протекающие в заданном объекте, и их взаимосвязь количественно описываются системой математических уравнений, которая п представляет собою математическую модель объекта. Для каталитических реакторов математическая модель в общем случае должна включать в себя всю систему уравнений кинетики, макрокинетики, гидродинамики и теплообмена, которым посвящены главы I —П1 и VI. Численные значения коэффициентов модели могут меняться при изменении масштаба реактора, но структура модели остается неизменной. Значения коэффициентов модели, таких, как кинетические константы, коэффициенты диффузии и тепло- и массопереноса могут определяться как экспериментальным путем при лабораторных или стендовых исследованиях, так и расчетно-теоретическим путем. При наличии модели и известных значениях коэффициентов с применением ЭВМ могут быть исследованы различные варианты реактора для заданного процесса и проведена его оптимизация. [c.260]

Следует отметить, что математическая модель может быть создана только для заданной принципиальной схемы реактора. Выбор такой схемы обычно производится с учетом уже имеющегося промышленного опыта и возможностей химического машиностроения. Цоэтому приступая к разработке каталитических реакторов, обязательно следует иметь сведения об опыте уже действующих производств. [c.261]

В соответствии с этим выделяются и уровни экспериментальных исследований, выполняемых интегрированной или распределенной АСНИ. Так, при исследовании каталитического реактора стратегия выделения уровней исследования (и соответственно проведения экспериментов) приведена на рис. 3.4. [61. Всего выделяется шесть уровней иерархии элементы ХТС, аппаратов, слоя катализатора, зерна катализатора, поверхности зерна катализатора и молекулярный уровень. Эта структура является типичной при построении математических моделей процессов химической технологии. [c.60]

Современное состояние теории псевдоожижения отражено в книгах [1—3]. Для описания кипящего слоя в принципе могли бы быть использованы классические модели механики сплошных сред, однако строгая постановка гидродинамической задачи, включающей в себя уравнения Навье — Стокса совместно с уравнениями движения частиц с соответствующими начальными и граничными условиями, оказывается чрезвычайно сложной. Поэтому прибегают к построению менее детального, сокращенного описания динамики дисперсных систем, т. е. к построению макромоделей дисперсных систем. На этом пути созданы основы механической теории псевдоожиженпого состояния исходя из кинетического подхода [4], метода осреднения, метода взаимопроникающих континуумов [3]. Однако это только основы, применимые к упрощенным, идеализированным ситуациям. Для использования теоретических моделей в практических расчетах нужны еще большие и целенаправленные усилия теоретиков и экспериментаторов. Направление исследований определяется конкретной целью. В частности, при разработке каталитического реактора требуется не только умение удовлетворительно рассчитать поля концентраций и температур, по и обеспечить достаточное приближение к оптимальному режиму. Вследствие сильной структурной неоднородности кипящего слоя такое приближение часто оказывается невозмон ным. Перед этой трудностью отступает на второй план задача точного расчета полей температур и концентраций. Хороший расчет плохо работающего реактора имеет сомнительную ценность. Прежде всего, необходимо активное воздействие на структуру слоя с целью достижения приемлемой степени однородности и интенсивности контактирования газа с катализатором. Необходимая степень однородности кипящего слоя определяется кинетикой конкретного каталитического процесса и может сильно отличаться от случая к случаю. Это определяет выбор средств воздействия на структуру слоя горизонтальное или вертикальное секционирование, добавление мелкой фракции, размещение малообъемной насадки [5]. В частности, только последнее из [c.44]

Не останавливаясь на результатах по обоснованию метода квазистационарных концентраций, отметим, что в открытых каталитических реакторах экспериментально подтверждено наличие автоколебаний скоростей реакции. Воздействие адсорбированных веществ на свойства катализатора может привести к явлениям типа гистерезиса активности и избирательности действия катализатора при изменении концентраций и температур. При этом справедливость закона действуюхцих поверхностей может нарушаться. Таким образом, возникает необходимость построения кинетической модели, описывающей автоколебания, т. е. существенно динамической модели. [c.87]

Как и при математическо.м моделировании любого химикотехнологического- процесса, при моделировании каталитического риформинга следует различать две основных стадии построение математической модели собственно химического превращения исходных веществ, инвариантной к объему протекания реакции и условиям теплообмена и математической модели реального технологического процесса, проводимом в конкретном типе реакционного аппарата. Первый вид модели будем в дальнейшем именовать кинетической моделью, а второй — моделью реактора. Вышеназванная специфика математической модели каталитического риформинга относится прежде всего к кинетической модели. [c.190]

В [52] на основании лабораторных исследований грунтов на крупномасштабных моделях показано изменение горизонтального давления на стенку от ее перемещения. Как видно из рис. 4, даже при незначительном перемещении стенки Л до 0,5 мм коэффициент бокового давления = Оз/я резко уменьшается. При последующем увеличении смещения влияние бокового распора сыпучего тела прекращается и наступает период, когда часть сыпучего материала начинает скользить в направлении к стенке. В этом случае на нее будет действовать активное давление. В каталитических реакторах абсолютные значения температурных расширений стенок на порядок выше. Перемещения стенок также имеют место при работе реакторов в непостоянном температурном режиме (рабочий цикл — регенерация, пуск — остановка и др.). Было замечено, что в реакторах каталитического крекинга после нескольких пусков и остановок, т. е. при незначительных расширениях и сжатиях слоя, частицы катализатора в определенных зонах слоя уплотнялись и в ряде случаев подвергались повышенному истиранию [53] по лпниям активного и пассивного давлений. Авторами [54] при исследованиях высоких слоев сыпучего материала было установлено, что величина сил трения между частицами стремится к максимальному значению у стенки емкости и к минимальному — в ее центре, что приводит к перераспределению по сечению горизонтальных и вертикальных давлений. В связи со строительством крупнотоннажных зернохранилищ, цементохранилищ, коксовых башен исследуется проблема взаимодействия сыпучего материала со стенкой емкости из-за возникновения в последней по высоте и по диаметру неоднородных растягивающих, изгибающих и температурных напряжений [39, 55, 56]. Интересными являются исследования взаимодействия сыпучего материала и податливых стен силосов [c.34]

Лкрал ов Т Л. Качественный и численный анализ модели рсзкторя с противотоком компонентов /7 Математическое моделирование каталитических реакторов. - Новосибирск. Наука, Сиб, отделение.- 1989.-С. 195-214. [c.18]

Установки с кипящим слоем катализатора начали вводить в эксплуатацию в начале 40-х годов. Характерным для установок раннего периода (см. рис. 62, а), которые иногда называют моделью И , является разновысотиое расположение реактора и регенератора. При этом регенератор обычно размещен выще реактора и работает при более низком давлении. Такое расположение позволяет снизить давление на выкиде воздуходувки, подающей воздух на регенерацию, но при этом общая высота установки увеличивается до 50—60 м. Установки этого типа имели обычно батарейные мультициклоны и электрофильтры для улавливания катализатора, трубчатые печи для подогрева сы )ья и иногда трубчатые холодильники катализатора для съема избыточного тепла регенерации. Некоторые из установок модели П в настоящее время еще эксплуатируются, но их реконструировали. Примером может служить отечественная установка небольшой мощности, смонтированная на Ново-Бакинском нефтеперерабатывающем заводе. Установка рассчитана на переработку легкого газойлевого сырья с конечной целью получения авиационного базового компонента. Для этого вырабатываемый на установке бензин подвергают на другой установке каталитической очистке также на алюмосиликатном катализаторе. В течение эксплуатационного периода была улучшена система улавливания катализатора система выносного съема избыточного тепла регенератора заменена внутренним змеевиком, погруженным в слой , и т. д. Стремление уменьшить высоту установки, упростить компоновку и облегчить эксплуатацию аппаратов реакторного блока привело к разработке схемы, изображенной на рис. 62, б (так называемая модель П1). Реактор и регенератор на этих установках размещены на одном уровне и работают при одинаковом давлении. Строительство зарубежных установок типа модели П1 относится к более позднему периоду (1951—1954 гг.). Некоторые из них достигают весьма больщой мощности (свыше 10 ООО т1сутки). Недостатком установок этого типа являются значительные размеры линий пневмотранспорта, так как расход транс- [c.187]

Так, двухфазная модель выдвигает на первый план прохождение части псевдоожижающего потока без непосредственного контакта с зернами (пузыри) — явление, наиболее существенное для каталитических и сорбционных процессов обработки газовой фазы. И хотя, как наиболее четко показали Гельперин и Айнштейн, в самой элементарной своей форме, двухфазная модель по простому балансу несправедлива и потребовались многочисленные ее усложнения, однако, в какой-то степени эта модель помогает при рас-счете промышленных каталитических реакторов. Более того, эта модель привела к разработке различных вариантов организованных кипящих слоев с насадками, в той или иной степени устраняющих неполноту контакта фаз. Подробной разработке и экспериментальному обоснованию этой модели посвящена специальная монография Девидсона и Харрисона. [c.284]