Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Гидродинамическая модель химического реактора

В учебнике описаны методы моделирования и области их применения, а также принципы построения и виды математических моделей. Подробно изложена методика составления кинетических и гидродинамических моделей. Рассмотрены математические модели химических реакторов и вопросы перехода от лабораторных опытных установок к промышленным аппаратам. Приведены примеры построения математических моделей некоторых аппаратов химической технологии. Отражены особенности статистических математических моделей, описана методика их составления как на основе пассивного, так и активного эксперимента. Изложены основные положения оптимизации химико-технологических процесссов, даны примеры решения задач оптимизации детерминированных и стохастических процессов. Учебник предназначен для студентов химико-технологических специальностей вузов. Его смогут использовать в своей практической работе также инженеры-химики. [c.2]

Учет неидеальности потока в реакторе включает такие этапы предварительных исследований. Первый этап - установление поля скоростей потока в объеме реактора и других явлений переноса (например, диффузионного). Чаще это эксперименты с прямым измерением векторов скоростей и другие методы аэро-или гидродинамических испытаний. Второй этап - построение модели, наиболее полно отражающей полученную структуру потока и явлений переноса. Конечно, эти модели сложнее рассмотренных. Третий этап - анализ полученной модели с целью выявить роль отклонений от идеальности потока в показателях процесса. Например, такой анализ показал, что диффузионный перенос вдоль основного потока можно не учитывать в практических расчетах, если н//)э > 50, где L - длина реактора. В специальной литературе по химическим реакторам такого рода оценки сделаны. Можно ожидать, что в большинстве случаев результаты расчета реактора с неидеальным потоком будут находиться в области между двумя крайними режимами - идеального смешения и вытеснения. [c.131]

Математические модели химических реакторов строятся на основе рассмотренных ранее гидродинамических моделей, учитывающих характер распределения времени пребывания частиц потока реагирующей смеси в данном реакторе с добавлением уравнений химической кинетики [c.276]

В общем случае при разработке математического описания химического реактора необходимо учитывать термокинетические, диффузионные и химические эффекты. Соответственно в уравнение гидродинамической модели структуры потоков включаются выражения, характеризующие источники вещества и тепла. Собственно источником вещества является химическое превращение, и его интенсивность будет пропорциональна скорости образования продуктов реакции [c.96]

В предложенную математическую модель реакторно-регенераторного блока входят вероятностно-статистическая кинетическая модель пиролиза углеводородного сырья, математические модели реактора пиролиза и регенератора микросферического катализатора как проточных реакторов идеального смешения. Уравнения, входящие в моделирующий алгоритм, связывают между собой материальные, тепловые, химические, гидродинамические, конструктивные и другие параметры. [c.19]

Модель идеального вытеснения широко используют в химической технологии при описании аппаратов, работающих по принципу вытеснения, например трубчатых реакторов и теплообменников. Ее достоинством является относительная простота решения уравнений математического описания, построенного с применением данной модели, и вместе с тем приемлемая во многих случаях точность воспроизведения реальных гидродинамических условий. [c.59]

В данной работе сформулированы основные принципы моделирования циклических режимов в сложных реакторных системах. Целесообразность их применения демонстрируется на примере гетерогенного реактора низкотемпературного синтеза метанола. Модель базируется на серии допущений, которые определяют гидродинамическую обстановку в аппарате, постадийный механизм экзотермической реакции образования целевого продукта, адиабатичносгь условий проведения процесса, незначительность изменения активности катализатора, нулевой порядок реакции химического превращения, сложный состав объема катализатора. [c.64]

Отмечено, что для создания математической модели, удовлетворительно описывающей работу химических реакторов в широком диапазоне изменения определяющих параметров, необходимо целенаправленное экспериментальное исследование влияния каждого из параметров в отдельности. Указано, что для создания гидродинамической модели химических реакторов с неподвижным слоем катализатора необходи.чы экспери.ментальные измерения упруго-пластических свойств засыпок зернистых катализаторов, а также исследование течений в областях, прилегающих к слою однородной структуры. [c.174]

При математическом моделировании ироцеесов, сопровождающихся химическими превращениями, важнейшее значение имеет учет их механизмов. В особой мере это относится к моделированию химических реакторов, где реакции, как правило, определяют аппаратурное оформление всего процесса. При разработке математических моделей таких процессов используют рассмотренные выше или более сложные гидродинамические модели потоков в которые [c.70]

Учебник состоит из девяти глав. Главы I—П1 содержат основные положения и предпосылки метода математического моделирования, общие принципы и схемы построения математических моделей, а также характеристику двух направлений в химической кибернетике, которые определяют исходные позиции при составлении математического описания. В главах IV, Vи VI подробно рассматривается методика построения кинетических, гидродинамических моделей и моделей некоторых химических реакторов (математическое описание детерминированных процессов). В главе VII приведены примеры составления математических моделей процессов без химического превращения, протекающих в аппаратах химической технологии. В главе VIII изложена методика построения статистических математических моделей (стохастические процессы), дана краткая характеристика наиболее распространенных методов составления статистических моделей и примеры к каждому из них. Поскольку основной целью математического моделирования является оптимизация хими-ко-технологических процессов, заключительная — IX глава содержит некоторые сведения об оптимизации и постановке задач оптимизации, смысл и содержание которых иллюстрируются на конкретных примерах. В приложения включены некоторые таблицы и специальные термины, используемые при разработке статистических моделей. [c.8]

Приведены развернутые примеры применения реализации процедур переработки информации, которую несут в себе диаграммы связи при описании ФХС. Среди них важную методологическую роль играют построение математической модели химического процесса в типовом проточном реакторе смешения с теплообменными элементами, а также построение моделируюш его алгоритма динамики фонтанируюш его слоя и анализ основных гидродинамических закономерностей режима фонтанирования в аппаратах химической технологии. [c.293]

В предыдущей главе на примере простых реакций было пока зано, что размер химического реактора в значит ыюй степени зависит от его типа и гидродинамической модели лотока. Переходя теперь к анализу сложных реакций, еще раз отметим разницу между простыми и сложными реакциями для полного опиов ния кинетических характеристик любой простой реа1 цни достаточно располагать только одним уравнением скорости, в то время как для сложной реакции этого недостаточно. [c.163]

Если химическая реакция протекает в потоке, то на кинетику реакции накладываются гидродинамические условия системы. Макро-ккнетика изучает закономерности протекания физических (массо- и теплоперенос) и химических процессов во времени и пространстве ее законы и методы исследования представляют собой теоретическую основу современной химической технологии. При проектировании химического производства, в частности химических реакторов, необходимо учитывать скорости химической реакции, массопереноса и теплопереноса. Ярким примером процесса, где реакция, нагрев и диффузия вещества протекают одновременно, является горение, причем режим горения, как мы видели, определяется характеристиками всех трех процессов. Законы макрокинетики используются для построения моделей земной атмосферы, звездных туманностей, моделей образования и развития звезд и планет. [c.313]

Строгая гидродинамическая модель была разработана на основе решения уравнений Навье - Стокса для турбулентного течения совместно с уравнениями химической реакции (q- е-модель) [26, 27]. В этой модели рассчитывали реальный профиль скоростей, учитывали флуктуации концентрации и температуры, численрю вычисляли коэффициент турбулентной диффузии в каждой точке реактора. Естественно, объем вычислений при этом значительно увеличился. [c.155]

Как известно, существует единая методика. .математического моделирования химических реакторов исследование процесса в лабораторных условиях с целью определения кинетических характеристик реакции и влияния на процесс условий ее проведения, оп-редедение значений параметров гидродинамической модели, отражающей реальную структуру потоков в промышленном аппарате, составление полной математической модели, учитывающей комплексное влияние химических, термодинамических и гидродинамических факторов и, наконец, применение математической модели для нахождения оптимальных условий ведения процесса [1,2]. [c.95]

Получив предварительную информацию о скорости и равновесии реакции, определив необходимые гидродинамические данные Сскорость фонтанирования, модель потока газа и твердых частиц, диаметр и порозность ядра), а также используя информацию, приведенную в главах 2—5, можно разработать в полном масштабе приблизительный расчет установки для фонтанирования. Схема расчета для операций, включающих как физическую обработку твердого материала газом, так и некаталитические химические процессы (по классификации главы И), аналогична показанным в главах 8 и 9, в то время как для химических реакторов с паровой фазой требуются расчеты, рассмотренные в главе 10. Допуская па основании этого приблизительного расчета, что фонтанирующий слой продолжает сохранять свое преимущество по техническим и экономическим соображениям перед другими рассматриваемыми методами, можно перейти к следующей стадии экспериментальной работы, которая обычно выполняется на пилотной установке диаметром 30—60 см. [c.260]

При моделировании, расчете и оптимизации работы реакторов стремятся применить идеальные гидродинамические модели полного омешения или идеалыного вытеснения (ом. с. 283). Для реакторов со стационарным (фильтрующим) слоем катализатора во многих случаях применима модель идеального вытеснения при адиабатическом или политермическом температурном режиме. Для описания каталитических процессов в аппаратах КС непригодны идеальные модели смешения и вытеснения. Наличие газовых пустот (пузырей) в слое катализатора и перемешивание газа и твердых частиц усложняют протекание химических процессов. Это обстоятельство находит отражение в математических моделях реакторов для таких систем, называемых двухфазными. Особенностями таких моделей является то, что реакция не протекает в зоне пузырей, а изменение концентрации реагирующих веществ происходит за счет массообмена с плотной частью слоя. В настоящее время для расчета реакторов КС широко используется так называемая пузырчатая модель, которая была исследована на процессе окисления 50г и дала хорошую сходимость с экспериментом в варианте, когда в плотной части слоя происходит полное смешение. В связи с этим можно рекомендовать эту модель для расчета и оптимизации каталитических реакторов КС окисления 50г в первой ступенп контактирования системы ДК/ДА, при этом слои катализатора изотермичны по высоте. Расчет высот слоев катализатора сводится к решению системы уравнений [c.266]

С4ледовательно, прямое моделирование химических процессов с использованием критериальных уравнений оказывается практически невозможным, если требовать полного подобия модели и натуры — гидродинамического, теплового, диффузионного, геометрического и реакционно-кинетического. Моделирование химических реакторов в случаях частичного подобия подробно рассмотрено в [99]. В частности, при рассмотрении гомогенной реакции в трубчатом реакторе, коэффициент теплоотдачи в котором зависит от Не , при отказе от геометрического и гидродинамического подобия и соблюдения теплового, диффузионного и реакционно-кинетического подобия отношения размеров натуры и модели и скоростей потока в них составят [92, 99] [c.218]

Несмотря на известную простоту применения диффузионной модели для описания химических процессов, все же ее уравнения нельзя пока считать достаточно обоснованными, что особенно проявляется при анализе распределения времени пребывания в жидкофазных реакторах с насадкой. В этих реакторах с помощью вероятностных характеристик, полученных на основе уравнений диффузионной модели, не удается объяснить ни характер деформации (асимметрии) кривой распределения, ни аномалии в величине коэффициента продольного переноса. Поэюму был выдвинут ряд диффузионных моделей, которые физически более точно и совершенно отражают гидродинамическую обстановку в слое катализатора. Две из них [40, 41, 143], учитывающие застойные зоны, рассмотрены ниже. [c.76]

В модели и промышленном аппарате (непрерывнодействующем трубчатом реакторе) проходят турбулентные потоки с одинаковыми перепадами давления Др, причем температуры Т, средние времена пребывания Ь и скорости реакции г равны кроме того, действительны уравнения (11-114) и (11-115) и существуют тепловое и химическое подобие, а геометрического и гидродинамического подобия нет. Масштабные отношения, которые следуют отсюда, необходимо исследовать. Уравнения гидравлического сопротивления (7-57) для обоих реакторов будут иметь такой вид [c.234]

Для объяснения на6. 1юдаемых эффектов была построена математическая модель, основанная на принципах механики многофазных сред и описывающая гидродинамические процессы с учетом физико-химических превращений, происхо-дящ11х в райзере лифт-реактора каталитического крекинга при подаче восстанавливающего агента [4.38, 4.39]. Результаты численного решеипя показывают (рнс. 4.4), что существующий в реальных условиях характер течения в райзере реакюра не обеспечивает необходимое перемешивание подаваемого топливного газа с катализатором над областью ввода катализатора в райзер. Это приводит, согласно полученным [c.123]

Книга является монографией, наиболее полно освещающей и обобщающей вопросы теории и практики процессов химического взаимодействия газов и жидкостей. В ней рассмотрены физикохимические основы и дано математическое описание этих процессов, их кинетика в различных гидродинамических условиях работы газожидкостных реакторов, абсорберов и их лабораторных моделей, элементы расчета соответствующих аппаратов. В книге приведено большое количество числовых примеров. Ряд разделов может спужить ценным пособием для экспериментаторов в области процессов массопередачи. [c.4]

Множественность стационарных состояний. Важнейшая проблема оптимальной организации функционирования промышленного каталитхгческого процесса связана с множественностью-стационарных состояний, в которых может работать контактный аппарат. Проблема множественности состоит в том, что в окрестности различных стационарных состояний контактный аппарат,, как динамическая система, может вести себя по-разному. Точность прогноза поведения реактора в окрестности того или иного стационарного состояния определяется достоверностью математической модели реактора, описывающей совокупность химических, диффузионных, тепломассообменных и гидродинамических явлений в рабочем объел1е технологического аппарата. При этом одни стационарные состояния могут быть устойчивыми (установившиеся режимы, устойчивые предельные циклы), другие — неустойчивыми, чреватыми нарушениями технологических режимов п возникновением аварийных ситуаций. Границы устойчивых стационарных режимов определяются совокупностью значений параметров математической модели нестационарного процесса, при которых происходит срыв с одного устойчивого режима на другой. [c.17]

Существующие методики технологического расчета полимеризаторов для производства синтетических каучуков базируются большей частью на знании химической кинетики, которая иссле о ется в сосудах лабораторного масштаба. При этом, как правило, игнорируется влияш1е явлений тепломассопереноса и гидродинамики, па смотря на то, что в промышленных реакторах эти явлеш1я оказывают существенное влияние па наблюдаемую кинетику. Поэтому целесообразно развитие подхода, в рамках которого учитывается, что макрокш1етика процесса полимеризации в промышленном реакторе рассматривается как результат совместного влияния химической кинетики и кинетики переноса с учетом гидродинамических условий и структуры потоков. При этом параметрами математических моделей выступают физические и [c.78]

Процесс полимеризации этилена при высоком давлении может быть представлен как совокупность трех различных по физической природе и взаимосвязанных процессов химические реакции, тепловые процессы, процессы сжатия газа и массообмена (рис. 5.1). Этой схеме реактора при математическом описании соответствует система дифференциальных уравнений балансов материальных, теплового и баланса импульса. Материальные балансы реактора составляются на основе кинетической модели процесса, приведенной в гл. 4, с учетом принятых допущений по гидродинамическому режиму процесса. Тепловой баланс реактора определяется скоростью высокоэкзотермичной реакции полимеризации и условиями теплообмена в реакторе. Баланс импульса позволяет определить изменение давления по длине при проведении процесса полимеризации в трубчатом реакторе. [c.79]

Библиография для Гидродинамическая модель химического реактора: [c.57] [c.104] [c.340]

Смотреть страницы где упоминается термин Гидродинамическая модель химического реактора: [c.256] [c.240] [c.162] [c.68] [c.201] [c.220] [c.151]

Смотреть главы в:

Новый справочник химика и технолога Процессы и аппараты Ч1 -> Гидродинамическая модель химического реактора

ПОИСК

Смотрите так же термины и статьи:

Реактор химический