Каталитические процессы и аппараты

Проточные реакторы—наиболее распространенный тип реакторов, применяемых для экспериментального исследования гетерогенных каталитических процессов, потому что при стационарном состоянии легче контролировать режим и проводить анализы. Как отмечалось в начале книги, проточные реакторы могут быть интегрального и дифференциального типов. При анализе опытных данных, полученных при проведении процесса в дифференциальном проточном реакторе, можно пользоваться средними значениями парциальных давлений компонентов по всему объему аппарата или даже начальными значениями, что позволяет избежать осложнений, обусловленных изменением этих величин по мере протекания реакции. В том случае, если ни один из продуктов реакции не присутствует в исходной смеси, данные, получаемые при работе на дифференциальном реакторе, характеризуют начальную скорость процесса. [c.226]

Степень использования внутренней поверхности зерна катализатора (фактор эффективности) является важнейшим интегральным показателем каталитического вклада зерна катализатора в контактно-каталитический процесс, позволяющим перекинуть мост от описания процесса на зерне к описаниям на высших уровнях иерархии гетерогенно-каталитического процесса, в масштабе слоя катализатора, контактного аппарата, агрегата в целом. [c.157]

Основным аппаратом установки, определяющим эффективность каталитического процесса и глубину превращения сырья, является реактор. Реактор каталитического риформинга по своему технологическому оформлению должен удовлетворять ряду требований — обеспечивать заданную производительность установки по сырью, иметь необходимый реакционный объем, создавать требуемую для риформирования поверхность контакта взаимодействующих фаз, поддерживать необходимый теплообмен в процессе и уровень активности катализатора. С точки зрения гидромеханических процессов, происходящих в реакторе, конструкция его должна обладать минимальным гидравлическим сопротивлением и обеспечивать равномерное распределение газосырьевого потока по всему реакционному объему. Уменьшение сопротивления потоку позволяет снизить рабочее давление в реакторе, что в свою очередь ведет к уменьшению толщины его стенки и, следовательно, к снижению металлоемкости всего реактора. [c.42]

Помимо простоты математической обработки результатов опыта, такие реакторы обладают тем существенным преимуществом, что вследствие больших скоростей циркулирующего потока или применения специальных турбулизаторов можно устранить внешнедиффузионное торможение. Конструкция аппаратов позволяет применять мелкодисперсный катализатор, тем самым ликвидируя и внутри-диффузионные помехи. Поэтому аппараты такого типа нашли широкое применение для детального изучения химической кинетики гетерогенно-каталитических процессов. [c.403]

Предлагаемая книга представляет собой попытку сведения воедино основных проблем, лежащих в основе практического применения гетерогенно-каталитических реакций в химической промышленности. В связи с этим материал, рассматриваемый в книге, достаточно разнообразен и охватывает как вопросы научных основ подбора и производства катализатора, так и кинетику гетерогенно-каталитических реакций, расчеты контактных аппаратов, лабораторные методы исследования катализаторов и каталитических реакций. Все эти вопросы авторы старались рассматривать с точки зрения их практического использования на разных стадиях разработки промышленных каталитических процессов. На изложение материала не могли не отразиться личный опыт и личные научные интересы авторов, вследствие чего не все материалы и теоретические положения, затрагиваемые в книге, освещены с одинаковой полнотой. Естественно, что столь обширный материал, как основы технического катализа, не мог быть изложен без заметных упущений. Поэтому авторы будут весьма благодарны всем, кто поможет их устранить. [c.4]

Многоуровневый иерархический подход с позиций современного системного анализа к построению математических моделей позволяет предсказывать условия протекания процесса в аппаратах любого типа, размера и мощности, так как построенные таким образом модели и коэффициенты этих моделей позволяют корректно учесть изменения масштаба как отдельных зон, так и реактора в целом. Конечно, данный подход весьма непрост в исполнении. Чтобы сделать его доступным для широкого круга специалистов, необходимо сразу взять ориентацию на использование интеллектуальных вычислительных комплексов, которые должны выполнять значительную часть интеллектуальной деятельности по выработке и принятию промежуточных решений. Спрашивается, каков конкретный характер этих промежуточных решений Наглядные примеры логически обоснованных шагов принятия решений, позволяющих целенаправленно переходить от структурных схем к конкретным математическим моделям реакторов с неподвижным слоем катализатора, содержатся, например, в работе [4]. Построенные в ней математические модели в виде блоков функциональных операторов гетерогенно-каталитического процесса совместно с дополнительными условиями представлены как закономерные логические следствия продвижения ЛПР по сложной сети логических выводов с четким обоснованием принимаемых решений на каждом промежуточном этапе. Каждый частный случай математической модели контактного аппарата, приводимый в [4], сопровождается четко определенной системой физических допущений и ограничений, поэтому итоговые математические модели являются не только адекватными объекту, но обладают большой прогнозирующей способностью. Приведенная в работе [4] логика принятия промежуточных решений при синтезе математических описаний гетеро- [c.224]

Различают два типа контактных аппаратов для непрерывных каталитических процессов аппараты идеального вытеснения и аппараты идеального смешения. [c.296]

Проточные интегральные реакторы, обычно заполненные катализатором трубки, аналогичны аппаратам, применяемым в промышленности, и по условиям своей работы близки к ним. Это имеет существенное значение в прикладных исследованиях, когда кроме чисто химических и расчетных данных необходимо выявить технологические особенности процесса, получить образцы целевого продукта, сведения о длительности работы катализатора и качества целевого продукта и т. п. Поэтому стадия модельной установки с проточным реактором является практически необходимой в разработке промышленных гетерогенно-каталитических процессов. Целесообразно использовать эти реакторы для получения данных по кинетике, необходимых для расчета и проектирования промышленных реакторов. При применении современной машинной вычислительной техники постановка опытов на проточных интегральных реакторах может дать большой объем информации, позволяющий составить математическое описание процесса с большой степенью надежности и тен самым решить задачу перехода от лабораторного или пилотного реактора к промышленному любой схемы и конструкции, в том числе и к оптимальному. [c.402]

Осуществление каталитического процесса в псевдоожиженном слое требует по крайней мере двух аппаратов или двух отделений в общем корпусе, из которых одно предназначено для проведения реакции, а другое—для регенерации (рис. Х1-24 и -Х1-25). [c.377]

Фракционный состав глин играет определенную роль в процессе сернокислотной активации и в технологии их применения. Мелкие частицы медленно оседают и в процессах промывки суспензии часть частиц в виде мути и взвеси уносится с водой в канализацию, а из реакционных аппаратов каталитических установок — вместе с дымовыми газами в атмосферу. Это обусловливает большие потери катализатора. Глина, состоящая из крупных дисперсных частиц, в процессе промывки от остаточной кислоты после химической активации оседает полностью и быстрее, а в каталитических процессах и при их регенерации способствует более быстрому оседанию частиц из паровой и газовой фаз. [c.72]

Монография посвящена одной из самых актуальных проблем современной химической технологии — расчету аппаратуры каталитических процессов на основе количественного описания физико-химических явлений в реакторах. В книге подробно рассмотрены теория и методы расчета химических реакторов для контактных процессов, вопросы использования математического моделирования и методов теории подобия при оптимальном проектировании и проектировании конкретных аппаратов для процессов синтеза аммиака, окисления двуокиси серы, каталитического крекинга нефтяных фракций и др. [c.4]

Гетерогенно-каталитический процесс как причинно-следственная система. Объект нашего исследования формализуется как сложная физико-химическая система (ФХС), под которой понимается многофазная, многокомпонентная, в общем случае неоднородная сплошная среда, распределенная в пространстве (в пределах рабочего объема аппарата) и переменная во времени, в каждой точке гомогенности которой и на границе раздела фаз имеет место перенос массы, импульса, энергии, момента импульса, заряда при наличии источников (стоков) этих субстанций [10]. [c.31]

Однако сложность гидродинамической обстановки в аппаратах взвешенного слоя предопределяет особый подход к их моделированию. Существующие модели реактора со взвешенным слоем отличаются различными степенями его идеализации. При обработке результатов исследования каталитических процессов на лабораторном реакторе используют два пути 1) считают, что лабораторный реактор подобен промышленному, тогда возможно сделать масштабный переход на основе теории подобия 2) на основании принятой модели структуры слоя составляют систему дифференциальных уравнений материального баланса элемента слоя, для которой ряд коэффициентов определяется на основании лабораторных исследований. [c.115]

Каталитический проточный аппарат можно считать дифференциальным реактором, если скорость процесса одна и. та же во всех его точках, и как интегральный реактор — при изменении скорости внутри аппарата. Данные, полученные при применении первого реактора, анализируют дифференциальным, а -при использовании второго —дифференциальным и интегральным методами. [c.426]

Мухленов И. П., Трабер Д. Г., Моделирование гидродинамики и теплопередачи в контактных аппаратах со взвешенным слоем катализатора, в сб. Моделирование и оптимизация каталитических процессов . Изд. Наука , 1965, стр. 292. [c.575]

Псевдоожиженный (кипящий) слой обладает рядом уникальных свойств, обеспечивающих ему многочисленные приложения высокая теплопроводность, высокая теплоотдача, низкое внутри-диффузионное сопротивление при работе с мелким зерном, эффективное использование реакционного объема, простота конструкции аппарата большого масштаба, легкость ввода и вывода частиц и др. Эти достоинства кипящего слоя делают его особенно привлекательным для проведения каталитических процессов. [c.44]

В связи с тем, что при осуществлении адсорбционных и каталитических процессов рабочая скорость газового потока часто бывает меньше 0,3 м/с, а в области малых чисел Рейнольдса следует ожидать наибольшую неравномерность газораспределения в поперечном сечении аппарата [3, 101, опыты проводились при W p < 0,4 м/с. Результаты обрабатывались в виде зависимости скорости от безразмерной координаты y/d. В качестве масштаба принимали средний размер зерна — d, у — текущее расстояние от стенки. [c.122]

Теоретические основы метода. Идея нестационарного метода проведения каталитических процессов в режиме периодического реверса реакционной смеси изложена в работах [1, 2] и уже обсуждалась в гл. 4. Она состоит в подаче в аппарат на первоначально нагретый неподвижный слой катализатора реакционной смеси с низкой температурой при периодическом изменении направления подачи на противоположное. В результате в слое образуется медленно перемещающаяся волна экзотермической химической реакции. Значительное превышение разности между максимальной и входной температурами величины адиабатического разогрева смеси прп полной или равновесной степени превращения — характерная особенность этого нестационарного процесса. [c.200]

Литература по вопросам взвешенного (псевдоожиженного, кипящего) слоя весьма обширна. Особенно подробно освещены общие вопросы гидродинамики взвешивания твердых частиц, теплообмена и принципов устройства аппаратов кипящего слоя, в меньшей степени — технология конкретных каталитических процессов в кипящем слое. [c.5]

В аппаратах фильтрующего слоя зернистый катализатор расположен слоями на одной или нескольких решетках. Поток газовых и жидких реагентов проходит через слои катализатора обычно сверху вниз, а в некоторых случаях и снизу вверх. При этом поток омывает зерна катализатора — происходит катализ и одновременно в слое остаются твердые взвеси, имевшиеся в потоке, отсюда и название — фильтрующий слой. Метод применения катализатора в виде фильтрующих слоев, расположенных по всему сечению реактора или Же внутри теплообменных труб, давно освоен промышленностью и наиболее широко применяется в настоящее время. Однако в последние годы в ряде каталитических процессов фильтрующий слой заменяется [c.9]

В настоящей книге рассматриваются каталитические процессы, происходящие в типичных цилиндрических аппаратах со взвешенными слоями зерен катализатора, близких к однородным по величине и плотности, при скоростях газа, не превышающих, как правило, пяти скоростей соответствующих началу взвешивания. Такой взвешенный слой лучше называть кипящим. [c.13]

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]

Ввиду многообразия процессов, осуществляемых в кипящем слое катализатора, и специфики условий работы контактных аппаратов для каждого конкретного случая приводить единую методику их расчета не всегда представляется возможным. По этой причине материал настоящего раздела не претендует на универсальность использования. Цель его — дать последовательное и по возможности достаточное обоснование выбора или расчета основных гидродинамических, тепловых и массообменных параметров, определяющих конструктивные особенности реакторов, в которых проводится тот или иной каталитический процесс. [c.253]

Производства, в которых одна или несколько основных химических реакций происходят с участием катализаторов, называют каталитическими. Однако по объему реакционного пространства, габаритам и сложности аппаратов, количеству обслуживающего персонала и общей стоимости эксплуатации собственно каталитические процессы и аппараты составляют в большинстве случаев лишь незначительную часть такого производства. [c.12]

В ряде каталитических процессов может существовать и промежуточный режим, который назовем квазистатическим Такие процессы сопровождаются выделением веществ, осаждающихся на катализаторе, что приводит к уменьшению его активности. При этом существенным моментом является то, что скорость выделения и осаждения указанных веществ зависит от параметров реакционной смеси в аппарате. [c.18]

Узел реактора в каталитическом процессе часто состоит из нескольких параллельно работающих аппаратов. Может оказаться, что такие реакторы обладают разными характеристиками, в первую очередь вследствие возможного различия свойств катализатора. Это делает актуальной для действующего производства задачу оптимального распределения потоков между реакторами, к рассмотрению которой мы сейчас перейдем. [c.219]

МПа теперь почти всюду заменены процессами каталитического крекинга и риформинга, проводимыми в специальных реакторах е движущимся гранулированным твердым катализатором. Каталитические процессы позволяют получать более ценные продукты (бензины с высоким октановым числом, ароматические углеводороды) по сравнению с полученными термическим крекингом. Труб чатые печи в установках каталитического крекинга или ри юр-минга также необходимы, но они служат для нагрева и испарения сырья и не являются реакционными аппаратами. [c.265]

Реактор является наиболее ответственным аппаратом в процессе гидроочистки, так как от его успешной работы зависит экономичность процесса и качество получаемой продукции. В реакторе осуществляется каталитический процесс гидроочистки дистиллятнцх фракций над стационарным слоем катализатора. [c.77]

Чтобы избежать этого, применяют ступенчатый адиабатический реактор с промежуточным охлаждением реагирующей смеси между ступенями схематическое изображение аппарата показано на рис. 111-16. На рис. 111-17 приведен также характер изменения температуры реагирующей смеси в таком реакторе. Наличие промежуточного теплообмена между секциями позволяет увеличить температуру реакции на первых ступенях, что обеспечивает высокую скорость реакции при малых степенях превращения и, тем самым, дает возможность существенно уменьшить общий объем реактора, необхо-ДИМ111Й для достижения заданной конечной степени превращения, по сравпеишо с одноступенчатым реактором. Особенно важно. уто для контактно-каталитических процессов, у которых затрат л на катали-зато]з прямо пропорциональны требуемому времени п]1е6ывания реагентов в аппарате для его заданной производительности. [c.123]

Широкое внедрение в каталитические процессы высокоэффективных цеолитсодержащих катализаторов позволило при разработке реакторных блоков установок каталитического крекинга с микросферическим катализатором перейти от реакторов с плотным кипящим слоем катализатора, ранее используемых в реакторном блоке в качестве основного аппарата, к созданию прямоточных лифт-реакторов с восходящим потоком газокатализа-торной взвеси в катализаторопроводе. [c.27]

Основой построения АСПМ является системный подход к анализу гетерогенно-каталитического процесса. С позиций последнего гетерогенно-каталитический процесс представляется как сложная кибернетическая система, характеризуемая большим числом элементов и связей, иерархией уровней составляющих физико-химических явлений, физически связанной цепью причинно-следственных отношений между простейшими эффектами, совмещенностью явлений различной физико-химической природы в локальном объеме аппарата и т. п. Системная точка зрения на гетерогенно-катали- [c.219]

Реже других рассматриваются гетерогенные и трехфазные гете-рохенно-каталитические реакторы. Аппараты этих типов в общей номенклатуре химических реакторов встречаются достаточно часто. Укажем, например, на процессы гидроформилирования [16—18], гпдродесульфнрования [19], жидкофазного окисления [20, 21], жидкофазного гидрирования [22, 23], синтеза многоатомных спиртов [24, 25], синтеза изопрена [26, 27]. Список подобных процессов можно было бы значительно расширить. Однако в учебниках и монографиях Методам расчета реакторов для проведения реакций в двухфазных системах жидкость — жидкость или жидкость — газ и в трехфазных системах газ — жидкость — твердое тело уделяется очень мало внимания. [c.11]

Третий, завершаюш,ий этап разработки промышленного каталитического процесса — выбор реактора — тесно связан со вторым этапом, поскольку не только режим процесса определяет конструкцию реактора, но, в свою очередь, конструкция реактора накладывает определенные требования и ограничения на условия проведения реакции. Однако для выбора конструктивной схемы реактора требуются дополнительные знания, связанные с физической кинетикой, гидродинамикой и теплофизикой процессов в каталитических реакторах. Кроме того, создание работающего реактора требует оценки его устойчивости в ходе эксплуатации. Наконец, среди многообразия возможных конструктивных схем реакторов необходимо суметь достаточно обоснованно выбрать наилучший, т. е. оптимальный вариант. Для решения двух последних вопросов следует ознакомиться со специальным математическим аппаратом теории устойчивости и теории оптимального управления. [c.7]

Реакторы с неподвижным зернистым слоем катализатора — наиболее распространенный тип аппаратов для проведения каталитических процессов. Зернистый слой представляет собой совокупность беспорядочно уложенных частиц катализатора через промежутки, между которыми протекает поток жидкости или газа, т. е. своеобразную крупнозернистую среду, которая должна быть в сильвой степени подвержена воздействию различных случайшлх факторов, связанных с неоднородностью упаковки частиц и распределения потока реагирующей смеси. [c.213]

Окислительную регенерацию непосредственно в каталитических реакторах используют как для катализаторов, стабильно работающих без регенерации в течение нескольких месяцев (катализаторы риформинга, гидроочистки), так и для катализаторов, теряющих свою активность из-за закоксовывания в течение нескольких минут (например, катализаторы дегидрирования). В первом случае весь реакторный блок периодически переводят на режим окислительной регенерации. Для быстрокок-сующихся катализаторов включают несколько параллельно работающих реакторов в одном реакторе осуществляют каталитический процесс, в другом в это время регенерируют катализатор затем режимы работы аппаратов меняют. [c.98]

Температура в непроточной зоне практически равна температуре на поверхности зерна. Поэтому одним из тепловых элементов модели слоя является так называемый скелет или каркас слоя, состоящий из зерен и непроточных зон. Величина коэффициента эффективной теплопроводности Хек определяется по выражению Хск = = А/.м + 0,85 Re Рг Ям, где произведение А — это теплопроводность непродуваемого слоя, Рг — критерий Прандтля, — коэффициент молекулярной тенлонроводности, А = onst. Для подавляющего большинства каталитических процессов, осуществляемых при неизменных условиях на входе в аппарат, нет необходимости учитывать продольный перенос тепла и вещества, обусловленный молекулярной и вихревой диффузиями (D и Da), теплопроводностью (Х и в свободном объеме слоя и переносом тепла по скелету катализа- [c.72]

При небольшой высоте слоя и соответственно малой разнице в площадях сечения верхней и нижней границ слоя, гидродинамика слоя в конических аппаратах мало отличается от цилиндрических. Однако уменьшается, возможность уноса мелких частиц полидис-нерсного материала, так как они могут пульсировать в верхней расширенной части аппарата, где уменьшается истинная скорость газа. При большой высоте конуса (и соответственно слоя) гидродинамика слоя сильно отличается от обычного цилиндрического. Газ проходит лишь в центральной зоне таких реакторов, увлекая с собой снизу вверх зерна, которые выбрасываются фонтаном в расширенную часть реактора, здесь теряют скорость и затем сравнительно медленно опускаются вниз в периферийной зоне усеченного конуса. Пройдя до нижней узкой части воронки, зерна вновь попадают в центральный фонтан. Такой слой называется фонтанирующим. В аппаратах фонтанирующего слоя можно не устанавливать газораспределительную решетку, что позволяет применять их для особо высокотемпературных процессов, в которых неприменимы металлические решетки. Реакторы фонтанирующего слоя пока не нашли широкого применения для каталитических процессов, [c.13]

Для каталитических процессов могут быть применены различные видоизменения реакторов со взвешенным слоем катализатора, которые могут отвечать особенностям данного процесса [44, 54, 55, 87, 106 — 120] в том числе цилиндрическо-конические и конические аппараты с расширением к верху, цилиндрическо-конические и конические с расширением к низу, с насадками или тормозящими решетками в слое, с провальными решетками, с мешалками в слое, с виброкипящим и пульсирующим слоем, со слоем находящимся в поле центробежных сил, со слоем в магнитном поле, со взвешенно-фильтрующим слоем и т. п [c.115]

Максимальный выход SO3 для данного времени соприкосновения газа с катализатором получается при определенной оптимальной температуре. Чем меньше время соприкосновения т (и соответственно JisOa), тем выше оптимальная температура (см. ч. 1, рис. 98). Таким образом, в контактных аппаратах для достижения максимальной скорости процесса следовало бы начинать его прн возможно более высоких температурах, около 600°С, проводить по кривой оптимальных температур и заканчивать при 400°С. Для этого необходим предварительный подогрев газа и непрерывный отвод теплоты по ходу каталитического процесса. Этой задаче и подчинены в основном конструкции современных контактных аппаратов, однако решается она далеко не полностью. Свежий газ, содержащий SO2, подогревается за счет теплоты прореагировавшего газа (теплоты реакции) лишь до температуры зажигания (420—470°С), а затем во время каталитического процесса температура сначала возрастает до бОО С, а затем производится понижение ее. [c.131]