Теплообмен в химических реакторах

Действительно, с повышением температуры скорость реакции и, следовательно, количество выделяющегося тепла возрастают экспоненциально, тогда как теплообмен со стенкой пропорционален первой степени разности температур. Вследствие этого, говоря об устойчивости режимов работы химических реакторов, в первую очередь имеют в виду их тепловую устойчивость. Математически условие тепловой устойчивости химических реакторов записывают [c.173]

Для осуществления химической реакции в изотермических условиях необходимо в аппарате обеспечить интенсивное перемешивание и высокоэффективный теплообмен. В реакторах для таких процессов обычно используют псевдоожиженные слои катализатора или теплоносителя, применяют различные смесительные устройства (мешалки) и т.п. [c.637]

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]

Роторный аппарат, используемый в качестве химического реактора, должен иметь площадь теплообменной поверхности [c.205]

Во-вторых, химические реакции постоянно сопровождаются тепловыми эффектами, которые иногда могут быть достаточно большими для того, чтобы вызвать заметное изменение температуры реакционной массы. Следовательно, тепловые эффекты реакций нужно учитывать при расчете соответствующих химических реакторов. Однако гораздо важнее знать, какую пользу можно извлечь из тепловых эффектов, выбирая тот или иной тип реактора, и как употребить выделяющееся тепло в теплообменной аппаратуре. [c.205]

Типовой процесс условно принят за самую малую часть системы, хотя в свою очередь он состоит из отдельных частей. В дальнейшем он рассматривается как элемент, не подлежащий дальнейшему расчленению. Такими элементами являются все известные процессы и соответствующие им аппараты химической технологии (гидродинамические, механические, массо- и теплообменные, химические и биохимические). Сюда относятся также вспомогательные элементы для обеспечения надежной и безопасной работы оборудования и управления им. Некоторое промежуточное положение между элементом и цехом занимает так называемая группа элементов , например, каскад химических реакторов, цепь теплообменников, комплекс компрессоров. Иногда целесообразно вводить в рассмотрение этот промежуточный уровень иерархии. [c.16]

Такой теплообмен между исходной и прореагировавшей реакционной смесью весьма характерен для химических реакторов. [c.27]

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]

Возможность получения больших объемов является основной причиной частого использования этих колонн как аппаратов периодического действия. Но крупногабаритные барботажные колонны (больших диаметров) нецелесообразно применять для проведения реакций с большим тепловым эффектом. При конвективном отводе тепла через стенки, заключенные в рубашки, удельная поверхность теплообмена (отнесенная к объему колонн) уменьшается с увеличением объема колонн, не обеспечивая необходимого съема тепла. Кроме того, по сечению такой колонны могут возникать градиенты температур, недопустимые по условиям реакции. Размещение же внутри колонны большого количества дополнительных теплообменных элементов усложняет конструкцию аппарата. Способ отвода тепла за счет испарения части жидкости упрощает конструкцию самой колонны, но требует установки выносных теплообменных устройств. В целом агрегат получается конструктивно сложным, поскольку нарушается один из основных принципов проектирования химических реакторов, требующий размещения теплообмен- [c.8]

Система уравнений (15.66), (15.67), (15.70) и (15.75) описывает динамику состава при протекании прямой реакции в химическом реакторе и при одновременном теплообмене. Для реакций других типов уравнения (15.66) и (15.67) в системе должны быть заменены уравнениями, полученными из соотношений (15.25) и (15.26) для обратимых реакций, из (15.38) и [c.541]

В стоимостном выражении потребление энергии между процессами химического производства распределяется следующим образом в химических реакторах - 5-40%, в массообменных процессах -30-80%, в теплообменных процессах — 60-90%. [c.32]

Запатентована новая [61] конструкция насадочного элемента, предназначенная для использования в массообменных колоннах, теплообменных аппаратах с непосредственным контактированием поднимающего газового потока и стекающей по ПВ насадки жидкости, а также в химических реакторах. Отличается также возможность использования предлагаемой насадки в смесителе. Рассматриваемая насадка, может выполнятся из профильных металлических и пластмассовых листов, причем соединения отдельных деталей насадки может осуществляться либо механическим способом, либо с использованием сварки. Предлагаемый насадочный элемент представляет собой конструкцию, выполненную в форме октаэдров, образующую единую решеточную систему, расположенную внутри аппарата. Даются рекомендации по выбору оптимальных размеров этих элементов. [c.67]

Из всех факторов, обусловливающих устойчивое протекание химических процессов в реакторах, наибольшее значение имеет теплообмен при экзотермических реакциях. Различные возмущения (изменение количеств или концентраций поступающих компонентов, ухудшение теплоотвода, флуктуации состава исходной смеси) могут вызвать резкое повышение температуры и так вывести процесс из стационарного состояния, что он не возвратится к исходному режиму. Указанная чувствительность экзотермических процессов в химических реакторах к изменениям температуры, связанным с возмущениями, объясняется весьма существенным различием в них условий теплообразования и теплоотвода. [c.173]

Допустимый перепад давления в оребренных воздушных охладителях измеряется сотнями паскалей (десятками миллиметров водяного столба). При таких перепадах воздух можно продуть (по перекрестной схеме) через несколько рядов труб с высокими поперечными ребрами. Эти трубы нашли широкое применение в таких разнообразных теплообменных устройствах, как экономайзеры энергетических парогенераторов,, змеевики воздушных кондиционеров, системы утилизации тепла отходящих газов на газотурбинных установках и химических реакторах, газоохлаждаемые ядерные реакторы, батареи центрального отопления, воздушные охладители и т. д. [c.388]

Очевидно, что зона с форсированным ходом химического процесса, соответствующая зоне с повышенной "емпературой, будет расположена непосредственно за кавитирующим винтом. Именно здесь необходимо размещать теплообменные поверхности реактора. Возможно, что ввод свежего сырья в эту зону будет противопоказан, так как из-за неизбежных местных перегревов могут создаться условия для протекания нежелательных побочных процессов. В тех процессах, где форсирование химических реакций недопустимо, явление кавитации можно устранить за счет применения повышенного давления в реакторе и глубокого погружения винта в жидкость. Последний прием широко применяется в судостроении. [c.161]

Целевым назначением данной дисциплины является фундаментальная подготовка студентов в области методологии моделирования и инженерных расчетов ФХС веществ, используемых впоследствии для расчетов массо- и теплообменных аппаратов и химических реакторов технологических процессов нефте- и газопереработки и нефтехимического синтеза. Полученные при изучении этой дисциплины знания позволят студентам более квалифицированно усвоить последующие учебные дисциплины, такие как Физхимия , Химия нефти и- газа , Общая химическая технология , Процессы и аппараты химической технологии , Технология переработки нефти и газа , Химическая технология органических веществ и др. [c.9]

По виду уравнения (125) сразу же определяется и метод решения уравнения (120). Мы просто заменяем непрерывную систему, описываемую этим уравнением, последовательностью емкостей и выбираем размеры этих емкостей (например, 6/) так, чтобы удовлетворялось равенство (125). Этот метод легко применить к системе уравнений, описываюш,их поток, диффузию и перенос массы или тепла. Он был использован [7] для расчета переходного процесса в химическом реакторе, для которого важную роль играл теплообмен между потоком и катализатором. [c.216]

Тепловой режим регулируют двумя способами теплообменом реагирующей смеси с теплоносителем через стенку теплообменивающей поверхности подводом и удалением тепла с веществами, поступающими в реактор (реагенты) и уходящими из него (продукты реакции). В последнем случае иногда кроме реагентов применяют теплоносители смешения, которые смешиваются с реагирующей смесью и вносят в нее или отнимают у нее тепло. Многочисленные конструкции химических реакторов основаны на использовании различных вариантов и сочетаний этих двух способов [2, 32]. [c.49]

Рабочим телом в ядерно-ракетном двигателе называют вещество, к которому подводится тепло (энергия) в камере-реакторе. С помощью рабочего тела осуществляется рабочий процесс ЯРД, а его истечение из сопла обеспечивает тягу двигателя. Таким образом, в ядерно-ракетном двигателе рабочее тело одновременно является теплоносителем, обеспечивающим тягу и теплообмен. Химическая активность и способность к энерговыделению для рабочего тела ЯРД не только не нужны, но в ряде случаев просто нежелательны. [c.267]

В главах IV и V был описан ряд агрегатов (теплообменные аппараты, массообменные аппараты, химические реакторы), имеющих выпуклые характеристики, зависящие от параметра [c.189]

Таким образом, условия оптимального распределения нагрузок, определенные в главе IV, позволяют построить весьма просто реализуемые системы автоматики для оптимального распределения нагрузок между теплообменными аппаратами, массообменными аппаратами и химическими реакторами. [c.195]

Подвод тепла к реакторам часто осуществляют высоко-кипящими органическими теплоносителями (ВОТ), так как при нагревании реакционной массы до высоких температур из-за возможного осмоления продукта неприменим пря мой электрообогрев и другие способы жесткого обогрева. Обычно ВОТ подводятся к теплообменной поверхности реактора по трубопроводу от внешнего источника в виде паров или жидкости [П. Однако при небольших размерах реакторов, т. е. при потреблении малых количеств ВОТ, что характерно для отрасли химических реактивов, транспортирование ВОТ по трубопроводу вследствие его высокой температуры связано с большими удельными потерями тепла в окружающую среду. Кроме того, недостатком применения жидкого ВОТ является низкий коэффициент теплопередачи, влияющий на снижение производительности реактора или препятствующий поддержанию заданного технологического режима [1 — [c.105]

ТЕПЛООБМЕН В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ [c.126]

Глава 5. Теплообмен в химических реакторах [c.255]

С развитием нефтяной, химической, энергетической и других отраслей промышленности непрерывно совершенствуется техника и технология аппаратостроения. Создаются новые виды аппаратов и оборудования для внедрения в промышленность специальных технологических процессов большой производительности гидрокрекинга, каталитического реформинга, производства этилена, аммиака и др. Проводятся большие работы, направленные на повышение технического уровня серийно выпускаемой аппаратуры ректификационных колонн, теплообменных аппаратов, реакторов, аппаратов воздушного охлаждения, насосов. [c.3]

B. И. М у к о с е й, Л. М. П и с ь м е н, Ю. И. X а р к а ц. Стационарные режимы химических реакторов с внутренним и внешним теплообменом. Инж.-физ. ж. J1967).] [c.303]

Реакторы объемного типа являются основным обо рудованием в ряде отраслей промышленности химической, фармацевтической, пищевой и др. Это объясняет ся возможностью широкого варьирования теплообменных характеристик реакторов в зависимости от задан ных температурно-временных режимов синтеза и темпе ратурных изменений физико-химических свойств реак ционной массы в аппарате (см. гл. 1). Однако точное поддержание температурно-временного режима в реак торе объемного типа требует априорного или оператив ного расчета основных динамических характеристик реактора как объекта управления. Так как реактор по принятой нами модели процесса теплообмена (см. гл. 3. раздел Основные уравнения процесса теплообмена ) с позиций теории автоматического управления представ ляет собой одноемкостное статическое звено [см. урав нения (73) и (74), (76)], то его основными динамиче скими характеристиками будут постоянная времени Т и коэффициент самовыравнивания (саморегулирования) К, [25]. [c.101]

Во всех химических реакторах имеют место определенные физические процессы, с помощью которых создаются оптимальные условия проведения химического процесса. Для осуществления физических этапов процесса реакторы имеют в своей структуре простые аппараты или элементы ап аратов (мешалки, теплообмен-никп и т. д.). Таким образом, химические реакторы можно рассматривать как комплексные аппараты, состоящие из определенных сочетании простых аппаратов или элементов аппаратов, большинство из которых используется для проведения физических этапов [c.26]

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]

Для осуществления химической реакции в изотермических условиях требуется обеспечить интенсивное иеремешивание и эффективный теплообмен в реакторах длн таких процессов обычно применяют смесительные устройства (мешалки) различных конструкций. П))иближаются к изотермическим условиям реакционные аппараты [c.622]

Опубликованные экспериментальные данные по теплообмену на стенках в настоящее время относятся. к весьма широкому кругу условий. Большинство этих исследований касается восходящих потоков взвесей, движущихся по трубам. С другой стороны, сравнительно мало внимания уделялось изучению теплообмена в таких менее распространенных системах, как сопла [15] и поперечноточные теплообменники [16], а также высокоскоростным [17] и горизонтальным течениям в трубах [18, 19]. На фиг. 7.1 представлены некоторые результаты, полученные для течений в вертикальных трубах более полная сводка подобных результатов приведена в работах [23, 24]. В обзоре Рейзинга [24] потоки взвесей рассматриваются с точки зрения использования их в качестве теплоносителей для ядерных реакторов [16, 25]. Как теплоносители потоки взвесей частиц графита могут иметь достаточно высокие значения коэффициентов теплообмена [26], помимо других преимуществ, например высокой теплоемкости, высокой термостойкости, отсутствия жестких требований к герметизации [27—29], Схема такого охлаждения ядерного реактора до сих пор полностью не разработана из-за многочисленных трудностей, кото-. рые будут выявлены далее в тексте. Значительный интерес к процессу теплообмена возникает при разработке проточных химических реакторов [30], в частности для сушки и пневмотранспорта [31] тонкодисперсных продуктов. [c.231]

В разд. 2.6.2 приведена классификация химических реакторов по тепловым режимам. Общий вид технических решений по теплообмену с реакционной зоной приведен на рис. 2.59. В схемах а, б, е, ж отвод тепла осуществляется через теплообменную поверхность непосредственно из реакционной зоны к теплоносителю. В схемах в, г теплообменная поверхность вынесена из реакционной зоны. В схеме в теплота отводится за счет испарения части реакционной смеси, которая конденсируется и возвращается в реактор. В схеме г реакционная смесь циркулирует между реакционной зоной и теплообменником, где и происходит теплообмен. В схеме д тепло отводится только за счет испарения жидкости, обычно растворителя, который уносится с бар-ботирующим компонентом. Поджимая вывод газового компонента, т. е. изменяя давление в реакторе, можно изменить содержание уносимых паров в газовом потоке и тем самым количество отводимого с паром тепла. [c.132]

Как уже отмечалось, для любого элемента ХТС веро ггны нарушение его работоспособности, т. е. невозможность выполнения в полном объеме его функций, неполадки и неисправности оборудования и приборов. Под неполадкой подразумевается минимальное нарушение эксплуатационных качеств, а неисправность рассматривается как полная невозможность работы оборудования, приборов или осуществления процесса. Например, неполадки в химическом реакторе могут возникнуть при отложении солей на поверхности теплообменных элементов. Производство в этом случае может продолжать функционировать при пониженной нагрузке по сырью и соответствующей корректировке технологического режима в остальных элементах ХТС Нарушение герметичности теплообменных трубок или фланцевых соединений приводит к попаданию хладагента в реактор или реактантов в атмосферу. Возникшая неисправность потребует остановки производства для проведения ремонтных работ. [c.304]

Весьма перспективно для химической технологии теплообмен ное устройство, называемое теплопроводом. Оно пред ставляет собой полностью закрытую металлическую трубу с лю быми профилями сечения, футерованную каким-либо пористо капиллярным материалом (фитилем), например, шерстяной тканью, стекловолокном, сетками, пористыми металлами, полимерами, керамикой и т. п. В полость трубы подается теплоноситель в количестве, достаточном для полной пропитки фитиля. Температура кипения теплоносителя должна обеспечивать отвод тепла (путем испарения) из охлаждаемого рабочего пространства химического реактора или другого аппарата интервал зон температуры — от какой угодно низкой до 2000 °С. В качестве теплоносителя используют металлы (Сз, К, На, Ы, РЬ, А и др.), высоко кипящие органические жидкости, расплавы солей, воду, аммиак, жидкий азот и др.). Предпочтительны жидкости с высокой скрытой теплотой испарения, большим поверхностным натяжением, низкими плотностью и вязкостью. Трубка одной своей частью располагается в зоне отвода тепла, а остальной частью — в зоне конденсации паров. Пары теплоносителя, образовавшиеся в первой зоне, конденсируются во второй зоне, а конденсат возвращается в первую зону под действием капиллярных сил фитиля. Благодаря большому количеству центров парообразования резко падает перегрев жидкости при ее кипении и значительно возрастает коэффициент теплоотдачи при испарении (в 5—10 раз). Особенностью теплопровода является очень высокая эффективная теплопроводность вдоль потока пара (на 3—4 порядка больше, чем у серебра, меди и алю.миния), что обусловлено низким температурным градиентом вдоль трубы. Мощность теплопровода определяется капиллярным давлением, компенсирующим потери напора парового и жидкостного потоков. [c.336]

Кроме того, по сечению такой колонны могут возникать градиенты тевшератур, недопустимые по условиям реакции. Размещение же вн5гтри колонны большого количества дополнительных теплообменных элементов усложняет конструкцию аппарата. Способ отвода теплоты за счет испарения части жидкости упрощает конструкцию самой колонны, но требует установки выносных теплообменных устройств. В целом агрегат получается конструктивно сложным, так как нарушается один из основных принципов проектирования химических реакторов, требующий размещения теплообменных устройств там, где выделяется теплота, т. е. непосредственно в реакционном объеме. [c.52]

В работах венгерских исследователей Ушиди, Бабоса и сотр. [13, 19—21] продемонстрирована эффективность применения роторно-пленочных теплообменных аппаратов в качестве жидкофазных химических реакторов. Интенсивное перемешивание жидких реагентов, высокие коэффициенты теплообмена, незначительное время пребывания продуктов, возможность беспрепятственного выделения и немедленного удаления из аппарата образующихся газов и паров —все это обусловливает перспективность применения данных аппаратов для проведения быстропротекающих экзотермических реакций, в том числе и таких, которые сопровождаются выделением газовой фазы или в которых один из реагентов находится в газообразном состоянии. К указанным процессам относятся нитрование толуола и других углеводородов, омыление различных алкилсульфохлоридов с получением моющих средств, сульфирование додецилбензола смесью трехокиси серы и воздуха, сульфирование спиртов Си—Сго жирного ряда, изомеризация циклических оксимов в соответствующие лактамы и другие процессы. [c.15]

Следует, однако, отметить, что применяемая система распределения реагентов не позволяет избежать их смешения до попадания их на теплообменную поверхность. В ряде случаев это недопустимо, так как приводит к быстрому возрастанию температуры в зоне предварительного смешения и, следовательно, к значительному ухудшению качества получаемых продуктов, снижению полезного выхода и т. п. Успешному применению роторно-пленочных теплообменных аппаратов в качестве химических реакторов должна способствовать разработка распределительного устройства, обеспечивающего раздельную доставку реагентов на теплообменную поверхность с последующим надежным их перемешиванием в условиях одновременного интенсивного теплосъема. [c.15]

На первом этапе своех о развития химическая технология основывалась на чисто эмпирических знаниях и имела описательный характер. Начало второго этана ра.звития химической технологии относится к первой четверти нашего века, когда в нромышленности произошли большие качественные и количественные изменения. На заводах химической и смежных отраслей нромышленности стали осуществляться массово-поточные процессы, требующие слогкнейшей аппаратуры. Широкое применение нашли процессы дробления и измельчения твердых веществ, смешение и интенсивное перемешивание, различные методы разделения твердых, жидких и газообразных веществ. Были разработаны сложные конструкции разнообразных химических реакторов, аппаратов, в которых происходит изменение агрегатного состояния веществ, многих типов теплообмен-ных аппаратов. Развилась высокопроизводительная и сложная система внутризаводского трайспорта твердых, жидких и газообразных веществ. [c.63]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология