Протекание ХТП в потоке идеального вытеснения

Вывод о том, что в аппарате вытеснения глубина превращения выше, чем в аппарате смешения, и что преимущество этого потока возрастает по мере роста требуемой степени превращения, верен для изотермических необратимых и обратимых реакций любого порядка (кроме нулевого), а также для большинства тепло- и массообменных процессов. Можно показать, что по глубине протекания процесса поток идеального вытеснения — теоретически наилучший для всех процессов, скорость которых падает номере протекания процесса. [c.137]

ПРОТЕКАНИЕ ХТП В ПОТОКЕ ИДЕАЛЬНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ [c.98]

Изотермический температурный режим в потоке идеального вытеснения наблюдается в случае протекания ХТП без теплового эффекта или когда скорость тепловыделения (теплопоглощения) мала, а теплопроводность среды в реакционной зоне высока. Например, это может быть гетерогенный процесс, протекающий с низкой скоростью, при наличии в реакционной зоне металлического катализатора с высокой теплопроводностью. [c.99]

А так как время пребывания всех частиц в потоке одинаково, то закономерности протекания ХТП в замкнутом объеме и в потоке идеального вытеснения можно описать одинаковыми формулами, например (4.4) — (4.7), (4.13), (4.14), применимыми для анализа и управления химико-технологическими процессами, протекающими при изотермическом температурном режиме. Необходимое время пребывания реагентов в реакционной зоне рассчитывают по уравнению [c.100]

При протекании сложных реакций типа A- B D для достижения максимального выхода продукта В необходимо, как и для потоков идеального вытеснения, правильно выбрать длину реакционной зоны потока полного смешения. [c.108]

Проведение обратимых экзотермических ХТП при оптимальной температуре в условиях отсутствия участков плавного разогрева реакционной смеси и перегрева ее выше Топт положительно сказывается на общей скорости процесса. В большинстве случаев эти факторы компенсируют снижение движущей силы процесса при протекании его в потоке полного смешения по сравнению с потоком идеального вытеснения. [c.110]

Рассмотрим протекание простых реакций при изотермическом температурном режиме. Сравнение проведем по объемам реакционных зон потоков идеального вытеснения Яр. в и потоков смешения ир. с, необходимых для обеспечения одной и той же степени превращения. [c.114]

При изотермическом температурном режиме константы скорости реакций, проводимых в потоке идеального вытеснения и полного смешения, равны между собой, и поэтому основное различие протекания процесса обусловлено характером изменения движущей силы АС. Для реакции А- В = Сд. В потоке идеального вытеснения Сд плавно изменяется от максимального значения в начале реакционной зоны Сд, д до конечного значения Сд, к, соот- [c.114]

В потоке полного смешения движущая сила постоянна по длине реакционной зоны, и среднее значение ЛСс равно конечному АС А, к. Очевидно, что ДСв всегда выше АСс. А это означает, что средняя скорость ХТП в потоке идеального вытеснения всегда выше средней скорости протекания процесса в потоке смешения. Так, для реакции 1-го порядка отношение объемов реакционных зон можно получить из анализа уравнений (4.4) и (6.19) [c.115]

Рассмотрим более сложный случай, когда протекание процесса сопровождается значительным выделением или поглощением теплоты. В потоках идеального вытеснения, как правило, процесс протекает в таком случае при адиабатическом температурном режиме, а в потоках полного смешения — при изотермическом. [c.115]

Особенностью производства битумов в трубчатом реакторе является протекание стадии собственно окисления в режиме, близком к идеальному вытеснению (хотя в целом трубчатый реактор, работающий с рециркуляцией, соответствует более сложной модели и при значительных коэффициентах рециркуляции приближается по характеру структуры потоков жидкости к реактору идеального смешения). В этом случае для обеспечения приемлемой скорости реакции необходимо уже на вход в реактор подавать нагретые реагенты. В дальнейшем же во избежание перегрева реакционной смеси ее необходимо охлаждать. Таким образом, вначале требуются затраты энергии на нагрев сырья в трубчатой печи, а затем — на охлаждение реагирующих фаз потоком вентиляторного воздуха [72]. При использовании легкого сырья или при сравнительно глубоком окислении (до строительных битумов) нагрев сырья в трубчатой печи можно заменить нагревом в теплообменниках битум — сырье [54, 73]. Средняя температура в реакторе должна быть не ниже 265 °С, иначе реакция окисления резко замедляется [71]. [c.53]

В то же время, если скорость процесса в целом лимитируется химической реакцией, то представляется возможным рассматривать систему как реактор непрерывного действия с перемешивающим устройством. В промежуточном случае для расчета скорости протекания химических реакций требуется знание механизма контакта между газом и твердыми частицами. Необходимо располагать точной информацией о режиме газового потока через непрерывную фазу (т. е. идеальное вытеснение или полное перемешивание степень продольного перемешивания), скорости межфазного обмена газом, распределении пузырей по размерам, а также о соотношении диаметров облака циркуляции и пузыря. [c.336]

Реальные непрерывно действующие аппараты представляют собой аппараты промежуточного типа. В них время пребывания частиц распределяется несколько более равномерно, чем в аппаратах идеального смешения, но никогда не выравнивается, как в аппаратах идеального вытеснения. Более подробно вопросы структуры потоков в аппаратах и их влияния на протекание процессов рассмотрены в главах II и X. [c.15]

С некоторой степенью точности замкнутой системой можно считать каждый элемент объема в ламинарном потоке. Если струя газа или жидкости проходит через реакционный сосуд, в котором созданы условия, необходимые для протекания химической реакции (например, достаточно высокая температура нлн присутствие необходимого катализатора), то при отсутствии конвекции и достаточно малой скорости диффузии вещества в направлении потока каждый объем реакционной смеси можно рассматривать как независимый от остальных, т. е. как перемещающуюся в пространстве замкнутую систему. Такой способ проведения химических реакций широко используется в научно-исследовательской работе и в промышленности. Соответствующие реакторы получили название реакторов идеального вытеснения. [c.34]

Объем аппарата идеального смешения может отличаться от объема аппарата идеального вытеснения в сто и более раз. Это положение имеет общий характер. Чем выше требуемая степень превращения, тем сильнее влияние характера распределения времени пребывания. Проблема распределения потоков приобретает особую остроту в связи с непрерывным возрастанием требований к глубине протекания реакций, глубине очистки и т. д. [c.630]

Кинетические уравнения (У,15) — (У,18) можно использовать только для расчета аппарата периодического действия или проточного аппарата идеального вытеснения, в котором все поступающие частицы (молекулы) движутся с одинаковой скоростью и равномерно вытесняют частицы, находящиеся в аппарате. При этом предыдущие и последующие слои частиц совершенно не смешиваются друг с другом по длине и диаметру аппарата. Однако и для аппаратов идеального вытеснения следует учитывать изменение объема реакционной смеси вследствие протекания химической реакции и изменение температуры. Реакции, осуществляемые в потоке, как правило, не протекают при постоянном объеме следовательно, появляются [c.152]

В практических расчетах процессов мы во многих случаях удовольствуемся моделями идеальных потоков. Так, рассчитывая время контакта (время протекания реакции) в каталитическом реакторе или скорость газа в насадочной колонне, мы не принимаем во внимание реальную неравномерность, размытость этих величин, т. е. ведем расчет в приближении идеального вытеснения. С другой стороны, рассчитывая выпарной аппарат с принудительной [c.133]

Вначале проведем качественный анализ. Равномерность времени пребывания в идеальном вытеснении способствует глубокому протеканию реакции (см. пример 11.1), так что преимуш,ество еле дует отдать потоку вытеснения. [c.135]

Таким образом, и анализ распределения времени пребывания, и анализ распределения концентрации приводят к выводу о большей эффективности потока вытеснения. Правда, судить об эффективности только по скорости протекания реакции нельзя. Конструкции аппаратов, близких к идеальному вытеснению и к идеальному смешению, различны. В частности, интенсивное перемешивание способствует массо- и теплообмену. Часто процессы, для которых важен перенос тепла и вещества, проще оформить в аппарате с перемешиванием, и тогда возникает проблема чем жертвовать— простотой конструктивного оформления или отсутствием продольного перемешивания. [c.136]

Точнее, как часто делают при описании процессов в аппаратах идеального вытеснения, были прямо записаны уравнения протекания процесса во времени, т. е. в системе координат, движущейся с потоком [c.152]

По характеру протекания во времени процессы и соответствующие им аппараты делятся на периодические и непрерывные. Решающее значение при моделировании химических процессов и соответствующих реакторов имеет степень перемешивания реагентов. Различают два предельных случая перемешивания реагирующих компонентов газовых или жидкостных смесей с продуктами реакции. Полное смешение, при котором турбулизация столь сильна, что концентрация реагентов одинакова во всем объеме аппарата от точки ввода исходной смеси до вывода продукционной смеси. Идеальное вытеснение, при котором каждый элементарный объем потока движется параллельно другим без перемешивания по всей длине или высоте аппарата. [c.44]

Количественная оценка изменения концентрации, степени превращения, выхода продукта, избирательности, скорости и других показателей ХТП при протекании его в потоке с идеальным вытеснением зависит от характера изменения температуры по длине реакционной зоны. Различают три температурных режима реакционной зоны — изотермический, адиабатический и политермический. [c.99]

При протекании в потоке гетерогенных ХТП следует учитывать влияние массопередачи на наблюдаемую скорость. При этом для условий идеального вытеснения и изотермического темпера- [c.101]

Режим в потоках большого диаметра при движении жидкости или газа через неподвижный слой зернистого материала (например, катализатора), несмотря на понижение линейной скорости течения у стенок, можно отнести к идеальному вытеснению. Протекание ХТП в потоке газа или жидкости, движущихся в длинных трубках небольшого диаметра, также может быть описано с использованием модели идеального вытеснения, особенно если скорость химической реакции невелика, [c.119]

С увеличением числа ступеней каскада характеристики протекания ХТП в потоке полного смешения нриблил аются к характеристикам протекания процессов в потоке идеального вытеснения. При числе ступеней больше 6, как правило, расчет каскада можно проводить по модели потока идеального вытеснения. [c.113]

Если необходимо обеспечить высокую избирательность при протекании эндотермического процесса, то следует помнить, что по дл те реакционной зоны потока полного смешения устанавливается температура Гс более низкая, чем средняя температура реакционной зоны потока идеального вытеснения (см. рис. 6.28). В этом случае можно рекомендовать проведение ХТП в потоке полного смеи1е]Н1я, если Е С , а И] < т . При Е > 2 и от. > т,п ХТП выгодно проводить в потоках идеального вытеснения. [c.118]

Если 1 > 2, т. е. Д < О, то проведение процесса при повышенной температуре способствует увеличе1шю избирательности. Для потока идеального вытеснения это будет наблюдаться при протекании эндотермических процессов (см. рис. 6.28). [c.119]

Процессы в реакторах 4-7, 9—11 на рис. 4.1 протекают непрерывно. Рассматриваем режим течения потока через реактор без перемешивания. Профиль скорости по сечению потока принимаем плоским. Это возможно допустить, т.к. во многих реакторах масштаб отклонения много меньше масштаба реакционной зоны. Такой режим потока называют поршневым, или идеального вытеснения. Реактор представим в виде трубки сечением 8, через который проходит поток реакционной смеси величиной (рис. 4.33, в), по мере прохождения которого изменяются концентрации компонентов С. и, в общем случае, температура потока Т вследствие химических превращений. Одновременно с протеканием реакции возможен теплообмен с теплоносителем через стенку. Элементарный объем в этом случае (выделен на рис. 4.33, в) -участок длиной с1/ и объемом с1у = 8й1. В него с потоком входит компонент / в одном количестве КдЦ, а выходит в другом С. + с1С.). Источник вещества в выделенном объеме - химическое превращение ист/ 7)с1Ур. Процесс протекает стационарно (с1УУ./с1/ = 0), [c.157]

Расчеты показывают, что, несмотря на высокую экзотермичность процесса хлорирования БК ( =-184 кДж/моль), тепловой режим в зоне протекания реакции проблем не вызывает. Даже при адиабатическом режиме работы трубчатого турбулетного реактора-хлоратора (без теплосъема) возрастание температуры в зоне реакции АТ, определяемое из соотношения AT=qAП/ pp (q- тепловой эффект реакции хлорирования, кДж/моль АП - количество образующегося продукта, моль/м Ср - средняя теплоемкость реакционной смеси, кДж/кгтрад, р- средняя плотность среды, кг/м , при хлорировании БК (12-15%-й раствор) молекулярным хлором в трубчатом аппарате, работающем в оптимальном режиме идеального вытеснения в турбулентных потоках, не превышает 3 1°. Другими словами, можно считать, что процесс протекает в квазиизотермических условиях и не требует внешнего или внутреннего теплосъема, а также специальных перемешивающих устройств. [c.345]

Предельный случай идеального смешения совнадает с приближением гомогенной реакционной зоны, с которым мы уже имели дело в теории горения. Этот случай осуществляется для гомогенных реакций в турбулентном реакторе, а для контактных про- цессов (гетерогенный катализ) — в псевдоожиженном (кипящем) слое. В предельном случав идеального вытеснения исходная смесь не перемешивается с продуктами реакции и состав ее меняется только по мере протекания реакции. Такой режим мог бы осуществляться в ламинарном потоке, который в технических приложениях, как правило, не используется. В обоих указанных приближениях не учитывается неравномерность концентраций и тем-пертур в поперечном направлении, т. е. используются средние значения этих величин по сечению. [c.450]

Система уравнений, для расчета процесса в слое катализатора гфедставляет собой описание модели идеального вытеснения, но правые части уравнений определяются с учетом протекания процесса во внешнедиффузионной области. Кроме того, описание учитывает изменение объема смеси в результате реакции, реакцию в газовом объеме, а также изменение линейной скорости потока по слою катализатора. С учетом вышесказанного математическое описание зоны реакции имеет вид [c.223]

Описанная модель процесса в кипящем слое хорошо объясняет многоликость этого процесса при различных условиях в кипящем слое могут быть реализованы самые разнообразные кинетические и гидродина.мические режимы. Кинетика, характерная для внешнедиффузионной области протекания реакций (см. гл. III, п. 2), осуществляется в кипящем слое за счет не только внеп1недиффузионного, но и межфазнодиффузионного торможения процесса в зависимости от области протекания реакции и интенсивности адсорбции реагентов в кипящем слое реализуются самые разнообразные гидродинамические режимы — от идеального смешения до идеального вытеснения. Следует особо отметить, что переход к кинетике типа внешнедиффузионной в кипящем слое не приводит к разогреву поверхности частиц, так как основная доля тепла реакции переносится не газовым потоком, а самими интенсивно движущимися твердыми частицами. [c.226]

При составлении выражений для скорости реакции в проточной системе и интегрировании кинетических уравнений предполагается осуществление процесса в режиме идеального вытеснения [756] (по принципу поршневого потока ). Это означает, что движущиеся в реакторе частицы непрерывно заменяются вновь поступающими без заметного влияния продольной диффузии, стеночного эффекта —изменения профиля скоростей потока. вдодь сечения реактора, цщпенхиисулярно к. потоку и т. п. Такое предположение является определенной идеализацией условий протекания процесса в проточной системе в действительности может быть только приближение к режиму идеального вытеснения. Условия его осуществления рассмотрены в главе ХП1. [c.365]

Кинетические исследования проводили в интервале температур 120—150°С на проточной установке в интегральном реакторе идеального вытеснения в присутствии катионита КУ-23-15Х100. Результаты опытов оценивали по степени превращения уксусной кислоты, продолжительность каждого опыта 5 ч. Для выбора условий, позволяющих проводить реакцию в кинетической области, было изучено влияние линейной скорости потока на степень превращения уксусной кислоты. Отсутствие изменения степени превраще,пия от размера гранул катионита, а также от линейной скорости потока на катпоните с гранулами диаметром 0,4—1,0 мм и меньше, указывает на протекание процесса в кинетической области. [c.19]

Дифференциальную скорость реакции для интегрального реактора можно определить с помощью уравнения Хоугена и Уотсона [44] для потока с рен имом идеального вытеснения. Чтобы обеспечить выполнимость этого режима, отношение длины и диаметра слоя катализатора к диаметру зерен долншо соответственно превышать 30—100 и 6—10 [24]. Если для наблюдения за протеканием реакции используется исходный компонент г, то степень превращения этого компонента увеличивается по мере прохождения его вдоль слоя катализатора от пуля до величины Х . При скорости подачи Qi моль/с количество вещества г, реагирующего в объелге слоя (11У. равно QidXl, а [c.13]

Наконец, в закрытой системе с течением времени установится равновесие и если систему вывести из него (например, добавив один из компонентов реакционной смеси) система будет релакси-ровать к равновесию за счет протекания химических реакций в требуемом направлении. Аналогично ведет себя открытая система, но она релаксирует к стационарному состоянию. Времена релаксации, т. е. времена установления стационарного состояния зависят от скоростей химических реакций и от способа проведения процесса (свойств системы). Так, времена релаксации при проведении реакции в режиме идеального смешения гораздо больше, чем в режиме идеального вытеснения. Это значит, что реактор идеального смешения значительно более инерционен, чем реактор идеального вытеснения, так что при изменении, например, состава газового потока новое стационарное состояние будет устанавливаться в течение существенно больших времен. [c.256]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология