Процессы теплообмена при химических превращениях

Химический процесс всегда включает в себя следующие стадии движение вещества (гидродинамика), перерос массы (массообмен), перенос тепла (теплообмен), химическое превращение. Система дифференциальных уравнений, описывающих этот процесс, если не учитывать движение вещества, которое не определяет работу химического реактора, имеет вид [c.130]

Обычно в каждом единичном процессе приходится иметь дело с явлениями, проходящими по разному механизму. Перенос массы может осуществляться диффузией и конвекцией, теплообмен — теплопроводностью, конвекцией и излучением химическое превращение проходит обычно через промежуточные стадии, нередко также с различными механизмами, а стехиометрическое уравнение представляет собой баланс многих частных реакций и выражает суммарно конечный результат Того, что происходит в системе. В гетерогенных системах реакция осуществляется на границе раздела фаз, ей сопутствует перенос исходных веществ из реагирующих систем в зону реакции и продуктов с поверхности контакта в глубь фаз (диффузия и конвекция). Одновременно происходит теплообмен, при котором тепловая энергия подводится в систему или отводится от нее. Все эти явления могут быть последовательными и параллельными. [c.348]

Декомпозиция общей задачи синтеза на отдельные подзадачи (синтез стадии химического превращения, синтез стадии выделения продуктов, синтез теплообменной системы) существенно упрощает проблему разработки технологической схемы, однако снижается и вероятность получения действительно оптимального варианта вследствие неадекватного воспроизведения взаимосвязей между подзадачами. Поэтому процесс выбора технологической схемы является итерационным, с внесением изменений в стратегию поиска оптимального решения на каждой из стадий. [c.107]

Один и тот же типовой процесс может быть реализован в аппаратах различного вида, которые могут существенно различаться по своим рабочим характеристикам, габаритам, массе. Правильный выбор вида и размеров аппарата для осуществления типового процесса позволяет наиболее рационально организовать всю технологическую последовательность переработки сырья. Для осуществления различных основных процессов в ряде случаев могут быть использованы аппараты, одинаковые по конструкции, например ректификационная колонна и десорбер. Иногда в одном аппарате можно одновременно осуществлять несколько процессов, например в реакторе каталитического крекинга, в котором происходят процессы химического превращения сырья, транспорт катализатора потоком паров, сепарация катализатора из потока паров в циклонах. Следует отметить, что всем типовым процессам сопутствуют гидравлические и теплообменные процессы. [c.12]

Известны другие случаи необоснованного изменения состава тепловых параметров и скоростей подачи материальных сред, которые также привели к взрывам и пожарам на производстве. Поэтому при организации или изменениях параметров массо-и теплообменных процессов, в которых участвуют нестабильные соединения, необходимо глубоко изучать возможные физико-химические превращения и качественные изменения веществ при соответствующих термодинамических условиях. [c.208]

Средняя скорость технологического процесса может ограничиваться не только скоростью химической реакции, по и физическими факторами теплообменом или массо-обменом. При этом интенсификация процесса может быть достигнута интенсификацией гидродинамического режима работы реактора или изменением конструкции реактора — созданием такой конструкции, которая дала бы возможность вести технологический процесс с максимальным приближением его скорости к скорости химического превращения. [c.14]

Большое значение как при периодической, так и непрерывной организации процесса, имеет характер движения потоков — прямоток, противоток или перекрестный ток. Структура потоков в аппарате (полное вытеснение, полное перемешивание или их комбинация) определяет выбор математической модели процесса, включающей уравнения, описывающие статику и динамику, а также граничные и начальные условия и другие характеристики процесса. Составление математической модели в каждом частном случае ведется в соответствии с системным подходом к процессу процесс разбивают на элементарные стадии, расположенные в иерархическом порядке. На первом уровне математической модели обычно располагают зависимости, описывающие условия равновесия, а также характер химических превращений (если они имеют место). На втором иерархическом уровне описываются закономерности элементарных процессов переноса, идущих в единичном зерне, в одной капле, пузыре и т. п. Третий уровень соответствует моделированию процесса в целом слое, на тарелке и т. д., включая в себя зависимости второго уровня. На четвертом уровне принимается во внимание расположение отдельных слоев, тарелок, теплообменных устройств в целом аппарате (с учетом фактора масштабирования). Пятый уровень включает описание гидродинамики и массообмена в каскаде реакторов или агрегате. [c.74]

Химические превращения веществ сопровождаются в той или иной степени тепловыми процессами. Теплообменные устройства составляют значительную часть технологических схем производства и во многих случаях имеют большое значение в конструкции аппарата. Поэтому при дальнейшем рассмотрении общих закономерностей химической технологии целесообразно отдельно рассматривать экзотермические процессы, протекающие с выделением тепла, и эндотермические, протекающие с поглощением тепла. [c.66]

Слой катализатора в работающем реакторе представляет собой сложную гетерогенную систему, в которой частицы катализатора взаимодействуют с обтекающим их потоком газа. Химические процессы протекают на поверхности катализатора, к которой и от которой осуществляется транспорт реагирующих веществ и продуктов реакции путем внешней и внутренней диффузии. Поскольку все химические превращения (а также адсорбция и десорбция) -сопровождаются тепловыми эффектами, необходим соответствующий теплообмен для поддержания оптимальной температуры. [c.146]

По аналогии с контактными аппаратами и для более правильного отражения интенсивности химического процесса под объемом реакционного аппарата при оценке его производительности целесообразно понимать пространство, занятое реагирующей смесью. Если размеры вспомогательных (например, теплообменных) устройств для заданных параметров процесса, определяемые тепловым балансом, практически постоянны, то удельный объем, занятый реагирующей смесью и определяемый эффективной скоростью химического превращения, может меняться в широких пределах. [c.298]

В аппаратах химических производств процессы теплообмена сопровождаются физическими явлениями, связанными с изменением во времени состояния или свойств вещества, участвующего в теплообмене (плавление в плавильных котлах, химические превращения в реакторах и т. д.), что чрезвычайно трудно учесть в тепловых расчетах. [c.62]

В теплообменных аппаратах химической промышленности процесс теплообмена, как правило, сопровождается физическими явлениями, связанными с изменением состояния или свойств веществ, участвующих в теплообмене (плавление в плавильных котлах, химические превращения в реакторах и т. д.). Вследствие этого физические свойства нагреваемой среды изменяются во времени, что чрезвычайно осложняет тепловые расчеты. [c.164]

В промышленных печах одновременно протекает ряд сложных процессов горение и газификация топлива, движение продуктов горения в рабочем пространстве, теплообменные и массообменные процессы, связанные с экзотермическими или эндотермическими химическими превращениями обрабатываемых материалов и т. д. Все эти процессы взаимно связаны и их совокупность составляет суммарный процесс тепловой обработки материалов. Важнейшим из них является процесс теплопередачи. [c.155]

В процессах химического превращения вещества, протекающих в реакторах, скорость собственно химической реакции не всегда определяет скорость превращения. Часто химической реакции сопутствуют теплообмен, перенос массы (диффузия),гидродинамические процессы (движение потоков, их взаимное перемешивание). Эти физические явления, как было уже сказано, в определенных условиях могут оказывать даже решающее влияние, и, следовательно, для правильного выбора технологических условий ведения процесса и его аппаратурного оформления необходимо знание основных факторов, влияющих на скорость химического превращения вещества. К таким факторам относятся прежде всего температура, давление и концентрация исходных продуктов. [c.465]

В политропическом реакторе происходит внешний теплообмен, но не пропорционально тепловому эффекту реакции. Поэтому тепловой режим (изменение температуры в реакционном объеме) определяется не талько собственно тепловым эффектом процесса химического превращения вещества, но и в не меньшей степени теплотехническими и конструктивными факторами реакционной аппаратуры. [c.483]

Реактор как аппарат, в котором протекает основной процесс химической технологий —образование нового продукта в результате сложного взаимодействия исходных веществ, должен работать эффективно, т. е. обеспечивать требуемую глубину и избирательность химического превращения. Следовательно, реактор обязан удовлетворять ряду различных требований иметь необходимый реакционный объем, обеспечивать определенный гидродинамический режим движения реагентов, создавать требуемую поверхность контакта взаимодействующих фаз, поддерживать необходимый теплообмен в процессе, уровень активности катализатора и т. д. [c.486]

Реакционными аппаратами называются закрытые сосуды, предназначенные для проведения различных физико-химических процессов. Реактор — аппарат, в котором протекает основной процесс химической технологии он должен работать эффективно, т. е. обеспечивать определенную глубину и избирательность химического превращения веществ. Реактор должен удовлетворять следующим требованиям иметь необходимый реакционный объем обеспечивать заданную производительность и гидродинамический режим движения реагирующих веществ, создавать требуемую поверхность контакта фаз, поддерживать необходимый теплообмен, уровень активности катализатора и т. д. [c.59]

Существует большое многообразие реакторных устройств, применяемых в химической промышленности. Во многих реакторах возникают физические процессы (тепловые, диффузионные, гидродинамические), с помощью которых создаются оптимальные условия для проведения химического превращения веществ. Для осуществления физических процессов реакторы имеют типовые конструктивные элементы (мешалки, контактные устройства, теплообменные устройства и т. д.), поэтому их можно рассматривать как комплексные аппараты. [c.76]

Реакторы периодического действия используют в большинстве случаев для осуществления процессов растворения, разбавления, гомогенизации и в сравнительно широком масштабе — химических превращений. Решающими факторами, на которые оказывают влияние перемешивание, являются массопередача и теплопередача. Вследствие перемешивания реагирующие компоненты приходят в более полное и тесное соприкосновение, и реакция ускоряется теплообмен осуществляется через рубашку или змеевик. Состав реакционной смеси меняется со временем, поэтому скорость реакции в течение процесса непостоянна. [c.16]

Химические превращения веществ сопровождаются в той или иной степени тепловыми процессами. Теплообменные устройства составляют значительную часть технологических схем производства и во многих случаях имеют большое значение в конструкции аппарата. Поэтому при дальнейшем рассмотрении общих закономерностей химической технологии целесообразно отдельно рассматривать экзотермические процессы, протекающие с выделением тепла и эндотермические, протекающие с поглощением тепла. Необходимо также разграничивать процессы, протекающие в кинетической и диффузионной области, те и другие делятся на обратимые и необратимые. [c.45]

Приемы увеличения Q для печей с нагревом через стенку аналогичны рассмотренным. Однако поверхность теплообмена увеличивают другими способами, а именно при помощи изогнутых и ребристых греющих поверхностей, конусообразных колец, насадок и т. п. При проектировании печей или других аппаратов, в которых химическое превращение обеспечивается теплообменом, основную задачу составляет определение коэффициентов теплопередачи (или частных коэффициентов теплоотдачи 1 и а ). Определение этих величин, как правило, осуществляется методами моделирования (математического или физического) с постановкой специального эксперимента. Величины н а зависят от многих гидродинамических и конструктивных параметров процесса. [c.121]

Кинетический анализ химико-технологических процессов стремится по возможности полнее охватить все факторы, которые оказывают влияние на скорость протекания реакций в промышленном реакторе. Так как к этим факторам относятся не только химические превращения реагентов, но и массо- и теплообмен, то в кинетике существуют три последовательно дополняющих друг друга раздела кинетика химических превращений, или просто химическая кинетика [42, 77—82], макрокинетика [83, 84] и промышленная кинетика [84, 85]. [c.115]

Большой интерес к использованию преимуществ метода кипящего (псевдоожиженного) слоя в различных областях техники и технологии привел к появлению за последние 15 лет целого ряда монографий советских и зарубежных авторов, причем почти все иностранные монографии переведены и изданы в Советском Союзе. Многие из этих монографий посвящены общим принципам и проблемам теории и практики кипящего слоя — гидродинамике, теплообмену, химическим превращениям твердой фазы и продуваемого газа. Общим и специальным проблемам многотоннажных процессов сушки в кипящем слое посвящены монографии и работы ряда научных коллективов — Ленинградского технологического института им. Ленсовета, Московского института химического машиностроения. Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института галургии (ВНИИгалургии) и других организаций. [c.5]

Многие единичные процессы (например, теплообмен, ректификация, осаждение и т. д.) изучены настолько полно, что на основе лабораторных исследований можно без большого риска сразу же рассчитывать аппараты промышленного масштаба. Следовательно, при этом отпадает необходимость проведения исследований в четверть- и полупромышленном масштабе (если, конечно, нет необходимости определения эффектов продолжительной работы всей непрерывнодействующей установки). Другие единичные элементы процесса, масштабирование которых вызывает затруднения (например, кристаллизация, процессы в гетерогенных системах), а также сложные химические превращения должны, как правило, исследоваться во всех запланированных промежуточных масштабах. [c.441]

Наряду с традиционными теплообменом и аэродинамикой в понятие теплохимических процессов включаются фазовые превращения, массоперенос, сумблимация, объемная конденсация и сложнейшие химические взаимодействия органической и минеральной составляющих топлива, приводящих к образованию отложений и развитию различных видов коррозии. К этому необходимо добавить генерацию большой группы токсичных или потенциально токсичных соединений, выбрасываемых в атмосферу или оседающих на поверхностях нагрева. [c.3]

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]

Процессы в реакторах 4-7 и 9-11 на рис. 2.1 - непрерывные. Рассмотрим режим течения потока через реактор без перемещи-вания. Профиль скорости по сечению - плоский. Это возможно допустить, если масштаб отклонений много меньше масштаба реакционной зоны, что во многих реакторах выполняется. Такой режим потока называют поршневым, или идеального вытеснения. Реактор представим в виде трубки сечением S, через которое проходит поток величиной Vq (см. рис. 2.40, в). Координата по направлению потока - /. По мере прохождения потока реакционной смеси вследствие химических превращений изменяются концентрации компонентов С, и в общем случае - температура потока Т. Одновременно может происходить теплообмен с теплоносителем через стенку. Элементарный объем в этом случае - участок толщиной d и объемом dv = Sdl. В него входит с потоком компонент i в количестве VqQ и выходит Vq( , + d ). Источник вещества в выделенном объеме - химическое превращение I Nfu j i = Щ(С, T)dVp. Процесс протекает стационарно dNj/dt = 0), объем реакционной смеси не меняется и уравнение [c.107]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология