Масштабирование реакторов процессов

Влияние различных факторов на масштабирование. Очень часто в промышленности две аналогичные реакторные системы работают совершенно различно, например опытный реактор и промышленный реактор, или, более того, два идентичных промышленных реактора не дают одинаковых показателей работы. Эта разница является результатом различия в характере потоков в реакторе, кинетике процесса, эффективности катализатора и т.д. Отделение чистой кинетики от физических эффектов затруднительно. Поэтому прежде всего необходимо использовать ранее описанный (см. стр. 296) метод определения эффективности данного реактора или системы реакторов (последовательных, параллельных и т. д.). [c.420]

Для применения переходных коэффициентов устойчивости с целью масштабирования химических реакторов необходимо иметь отработанный режим процесса в лабораторном реакторе с удовлетворительной устойчивостью, соответствующей определенному интервалу температур при сохранении стабильных значений концентраций в аппарате, а также других параметров, при помощи которых процесс может быть управляем. Если устойчивость прототипа и модели одинаковы, то общий переходной коэффициент равен единице. [c.21]

Для получения достоверных количественных результатов расчета и окончательного выбора модели необходимо опираться на экспериментальные данные, полученные в опытном реакторе, размер которого существенно превышает размер неоднородностей в слое [1]. Только такой подход позволяет считать, что выбранная модель применима для широкого круга задач — от расчета показателей процесса в большом интервале изменения исходных параметров до выбора оптимальных режимов работы и масштабирования реакторов. [c.279]

Идеализированный подход к созданию оптимального полимеризационного процесса можно сформулировать следующим образом требуемые свойства полимерного материала коррелируют с соответствующей молекулярной структурой. Параметры молекулярной структуры увязывают с кинетикой и механизмом процесса. Исследования механизма позволяют в свою очередь составить математическую модель процесса. Моделирование на ЭВМ заменяет дорогостоящие и длительные эксперименты на пилотных и опытных установках различного масштаба. Оно позволяет сравнить различные способы ведения процесса и типы реакторов с тем, чтобы выбрать оптимальный вариант, обеспечивающий выход продукта с желательной структурой. Введение в модель макрокинетических зависимостей, уравнений переноса тепла и массы, полученных из анализа соответствующих физических моделей, позволяет решить проблему масштабирования реактора. Полученные данные используются как основа при проектировании конкретного процесса. [c.330]

Масштабирование реакторов. Для процессов, описываемых реак ПИЯМИ первого и псевдопервого порядка (скорость превращения этилена при оксихлорировании), конверсии реагентов рассчитываются с удовлетворительной точностью с помощью двухфазной модели. Параметры модели определяются при этом исследованием холодных аппаратов. [c.26]

Методы моделирования, оптимизации и масштабирования каталитических процессов и реакторов теперь разрабатывают целые коллективы ученых [329—333]. [c.139]

Расчет промышленных реакторов непосредственно по данным лабораторных исследований возможен только в простых случаях, например для изотермических или адиабатических реакций в гомогенной среде. Выше уже указывалось, что нужно проводить исследования в промежуточном масштабе. Необходимые для проектирования данные находятся при исследованиях ь полупромышленной или опытной промышленной установках в виде эмпирических зависимостей выхода химического превращения от параметров работы реактора. Нашей целью в основном является достижение в большем масштабе оптимальных условий, полученных в меньшем масштабе. Как и при масштабировании единичных типовых процессов, в этом случае можно использовать теорию подобия. [c.461]

МАСШТАБИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В РЕАКТОРАХ [c.82]

Выше было показано, что простые реакторы с мешалками периодического действия с относительно высоким значением коэффициента теплоотдачи пленки конденсирующегося пара можно масштабировать только внутри очень узкой области, чтобы сохранить скорость теплопередачи в единице массы. Добиться этого невозможно, когда поддерживают гидродинамическое подобие, но возможно при включении рециркуляционного контура и выносного теплообменника в систему с реактором периодического действия. Это позволит выполнить условия равенства скоростей теплопередачи на единицу массы и гидродинамического подобия между установками небольших и значительных размеров. Последнее условие не является, конечно, необходимым для процессов, определяемых скоростью химической реакции Наоборот, гидродинамическое подобие целесообразно сохранить при масштабировании процессов, определяемых скоростью диффузии. [c.157]

В тех случаях, когда кинетика процесса уже известна и в состав математической модели вводят уравнение кинетики, изученной на основе лабораторных исследований, то до использования такой модели для масштабирования и автоматизации ее нужно апробировать, а при необходимости —. скорректировать на действующей модели промышленного реактора. [c.22]

Для гетерогенных реакций необходимо учитывать, в какой области протекает процесс диффузионной, кинетической или смешанной. Ранее был приведен метод оценки точности исключения диффузионного сопротивления при получении информации о кинетике гетерогенных химических процессов на лабораторных установках (см. стр. 393). Этот прием должен учитываться при масштабировании гетерогенных реакторов. Изменяя гидродинамические условия, процесс в некоторых случаях можно перевести в желаемую область течения. [c.424]

Описанные нестационарная и стационарная двухфазные модели дают наиболее полную информацию о связи химической реакции и явлений переноса в газовой и твердой фазах в реакторе. При использовании этих моделей предполагаем, что необходимые кинетические параметры переноса известны с удовлетворительной надежностью. Можно получить данные о степени использования зерна в каждой точке реактора в зависимости от реакционных условий, а так же о разности концентраций и температуры на наружной поверхности, что позволяет оценить перегрев катализатора. Вся эта информация необходима для расчета реактора, масштабирования процесса и разработки высокоселективных катализаторов. [c.174]

На каждой стадии масштабирования разработчику основного процесса совместно с конструктором приходится организовывать ряд дополнительных исследований. Так, если речь идет о реакции с участием газовых компонентов, то может возникнуть необходимость определения температурного поля в объеме реактора, выяснения степени перемешивания в нем компонентов, определения наличия в реакторе застойных зон. Если в средней зоне реактора температура высокая, а стенки его охлаждаются, то может понадобиться определить, как влияют перепады температур в объеме реактора на выход продуктов в основном процессе. При этом мол<ет выясниться, что в реактор следует ввести дополнительные устройства, например турбулизаторы газовых потоков. [c.44]

Так, при замене вертикального расположения реактора для роста эпитаксиальных слоев кремния методами газотранспортных реакций на горизонтальное, равно как и при изменении размеров такого реактора, меняются (и весьма значительно) все технологические параметры процесса. Это связано с характером движения газовых потоков в системе. Аналогичная картина наблюдается и при замене, например, резистивного нагрева кассет с подложками на разогрев их токами высокой частоты. Ответить на возникающие при этом вопросы можно только с помощью специальных экспериментов, которые необходимо проводить на каждом этапе масштабирования и при каждом, даже кажущемся очевидным и разумным изменении конструкции технологического оборудования. [c.45]

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]

С увеличением размеров аппарата уменьшаются соотношения поверхности и объема процессы, скорость протекания которых опре-, деляется проходом через поверхности или реакцией на поверхностях, начинают сильно зависеть от масштабов. Перенос энергии, с которым чаще всего приходится иметь дело при масштабировании, сводится к передаче или отводу тепла этот процесс зависит главным образом от геометрии и все больше затрудняется по мере увеличения диаметра аппарата. Возмоншо, проблема будет сводиться не просто к общему переносу тепла — она может оказаться связанной с градиентом температуры в реакторах этот последний фактор существенно влияет на протекание реакций и их интенсивность. [c.200]

Простое измерение скорости получения акролеина и ее зависимости от концентраций пропилена и кислорода может привести к ошибочной оценке величины к для данной химической реакции. Ведь превращение идет через целый ряд стадий, таких, как диффузия реагентов в порах носителя катализатора, адсорбция на поверхности катализатора,, химическая реакция (и, быть может, другие параллельные химические процессы), десорбция продуктов с поверхности и их диффузия из пор. Для того чтобы выделить и изучить эти отдельные стадии, понадобится провести значительную экспериментальную работу на реакторах различных типов. Пока это не будет сделано, найденные величины к будут в лучшем случае отражать суммарное взаимодействие нескольких факторов. И хотя кинетик, разрабатывающий процесс, в конечном итоге нуждается в общих скоростях превращения, он подвергнет себя серьезной опасности ошибиться в расчетах со всеми вытекающими последствиями, если станет пользоваться такой константой при масштабировании, не выяснив вклада отдельных ее составляющих и характера их взаимодействия. [c.227]

Несмотря на трудности получения количественно достоверных данных на непрерывно действующей аппаратуре малого масштаба, переход к оборудованию непрерывного действия уже на раннем этапе кинетических исследований дает определенные преимущества во-первых, уравнения скорости упрощаются до алгебраических выражений, а во-вторых, для масштабирования процесса рано или поздно все равно придется перейти от лабораторного периодического реактора к промышленному аппарату непрерывного действия. [c.228]

Другой, более сложный, пример, иллюстрирующий невозможность отыскания подобия, которое охватывало бы все физические факторы одновременно, приводит Бекманн [115], рассматривающий проблему масштабирования процесса полимеризации на основе экспериментов, проведенных на модели аппарата. Для получения значимой информации о важнейших физических факторах эксперименты на модели аппарата необходимо проводить в условиях, отличных от тех, которые будут существовать в масштабе промышленного производства только таким путем можно получить соответствующие проектные данные для промышленного аппарата. При использовании геометрического подобия для достижения соответствия распределений времен пребывания смеси в модели реактора и в производственном аппарате фактически пришлось работать со смесью, обладающей меньшей вязкостью, а для изучения влияния тешературы и концентрации на степень полимеризации — прибегнуть к более высоким скоростям полимеризации. [c.271]

На практике редко приходится сталкиваться с режимом полного смешения, и вследствие этого важно учитывать процессы разделения в растущей микробной популяции, например часто встречающееся явление клеточного роста на стенках реактора. Многие бактерии способны прилипать и расти на твердых поверхностях. Если непрерывное культивирование проводится в течение длительного времени, то на погруженных частях биореактора с неизбежностью происходит рост бактерий, и этот рост на стенках изменяет общие эксплуатационные характеристики биореактора. Во многих отношениях пребывание неподвижной бактериальной биомассы в проточном биореакторе непрерывного действия напоминает работу проточного биореактора непрерывного действия с рециркулирующей биомассой. При проведении исследований биоочистки определенных стоков в биореакторах лабораторного типа без рециркуляции биомассы нужно отдавать себе отчет в том, какое влияние оказывает рост биомассы на любых поверхностях. Недоучет таких эффектов сказывается при масштабировании оборудования, в особенности при сохранении геометрического подобия при масштабировании, так как объем растет как куб линейных размеров, а площадь поверхности — только как квадрат. [c.109]

Отсутствие разработанной теории, связывающей структуру полимерного материала со свойствами, а также существенное влияние методов переработки приводят к тому, что на всех этапах технологических исследований комплекс свойств полимерного материала определяется экспериментальным путем. Недостаточное развитие методов количественной характеристики структур полимерных материалов затрудняет установление даже эмпирических корреляций между условиями синтеза, структурой и свойствами продуктов. Первоначальная роль теории реакторов сводилась к облегчению масштабирования процесса, при этом способ проведения процесса (в массе, растворе и т. д.) определялся еще на стадии лабораторных экспериментов. Необходимость хотя бы в грубых математических моделях возникла при автоматизации технологических процессов. Проблема оптимизации существующих производств стала актуальной, когда выяснилась недостаточная эффективность эмпирических решений. [c.330]

Чтобы в производственных условиях ограничиться установкой одного аппарата, следует принять коэффициент масштабирования л = 20. Тогда объем промышленного аппарата будет равен 6000 л. От квалификации аппаратчика и конструкции аппарата зависят 1-я, 3-я и 9-я стадии процесса. Считая, что они такие же, как на опытной установке, принимаем, что продолжительность 1-й стадии в промышленном реакторе остается без изменения (0,5 ч), а продолжительность 3-й и 9-й стадий увеличивается до 0,75 ч Это вытекает из опыта заводов, использующих аппараты емкостью 6000 л (увеличение размеров аппарата, как правило, приводит к увеличению затрат труда на его герметизацию и удаление из него реакционной массы). Продолжительность 2-й стадии может быть рассчитана по скорости истечения жидкости из трубы принятого диаметра. Принимаем ее равной 0,5 ч. Продолжительность 4-й, 7-й и 8-й стадий в аппарате такой же конструкции должна быть увеличена пропорционально отношению объема реакционной массы к поверхности теплопередачи. Суммарная продолжительность этих стадий возрастает с 4 до 12 ч. Продолжительность выдержки (6-я стадия) остается неизменной. Таким образом, общая расчетная продолжительность процесса составляет 22,5 ч вместо 13 ч по опытному регламенту. [c.124]

Технолог-проектировщик совместно с химиками-исследователя-ыи и инженерами-механиками должен рассмотреть возможность интенсификации медленно протекающего процесса для повышения производительности реактора при масштабировании. При этом может возникнуть необходимость в новых экспериментах. Во всех случаях, когда возможно, лучше выбрать аппарат по каталогам, чем конструировать новый. [c.153]

Увеличение объема реактора (масштабирование процесса) является одной из ответственнейших задач при проектировании промышленных агрегатов. Вот какой путь, например, проделала одна из западноевропейских фирм при масштабировании процесса полимеризации этилена под давлением [c.265]

Кафаров В. В. О масштабировании химических реакторов, В сб. Моделирование и оптимизация каталитических процессов . М., Наука , 1965. [c.218]

Если речь идет о масштабировании реакторов, то, очевидно, следует сравнивать воспроизводимость тепловых режимов при одинаковом температурном воздействии, т. е. при 0 = idem. Тогда совершенно ясно, что идентичность тепловых режимов в реакторах разных размеров определяется при /гс = onst равенством для процессов теплообмена в сравниваемых аппаратах коэффициентов Т при производной в уравнении теплообмена вида [c.82]

При масштабировании реактора на селективность процесса могут оказать влияние два фактора изменение гидродинамич кой обстановки по слою в целом и непосредственно в зоне газораспрв-деле. я. [c.24]

Наибольшая трудность при разработке и создании новых прогрессивных процессов в кипящем слое — практическая невозможность их масштабирования (s aling up). При естественном пути лабораторная колонка — пилотная установка — опытнопромышленный аппарат —серийный реактор, на каждом из переходов от одного этапа к последующему исследователя и инженера ожидают многочисленные неожиданности в поведении системы, зачастую такие, что заставляют на каждом последующем этапе начинать с нуля . Наглядным примером этого служит история разработки и внедрения в США во время второй мировой войны первого крупномасштабного производства — каталитического крекинга в псевдоожиженном слое. Большая группа ученых и инженеров-техноло-гов, переходя от одного из перечисленных выше этапов к следующему, непрерывно сталкивалась на каждом переходе с новыми проблемами и трудностями. Все это позволило высказать утверждение, что масштабный переход к проектированию крупных промышленных аппаратов можно делать после отработки процесса на пилотной установке диаметром не менее 100 мм. Опыт освоения многих других процессов привел к тому, что в настоящее время эту границу часто отодвигают до 500 мм. [c.4]

Существенное преимущество предлагаемого нами подхода (IV. 13) —возможность, базируясь на общей концепции об определяющей роли гравитационных колебаний, оценки характера зависимости дисперсионных времен Тд и Тв от масштаба реактора Н. Схемы же Ван Свааи и др. требуют для реального масштабирования процесса установления каких-либо эмпирических корреляций для зависимости Тр от скорости потока, высоты и диаметра аппарата и свойств самого зернистого катализатора. [c.184]

Совместно с Л.С.Гордеевым и А.Ю.Винаровым сформулированы научные принципы анализа, оптимизации, масштабирования и проектирования биотехнологических процессов. С позиций системного подхода последовательно проведен анализ эффектов и явлений, происходящих в биохимическом реакторе на микро- и макроуровне. Разработаны математические модели, учитывающие кинетику роста микробных популяций, транспорт питательного субстрата к клеткам и гидродинамическую обстановку в реакторе, характеризуемую эффектами се1регации ферментациогшой среды и неидеальностью структуры потоков в реакторе большого объема. Предложена методика решения задачи масштабного перехода от лабораторных установок к промышленным биореакторам на основе вычислительных экспериментов. Показаны направления оптимизащш конструктивных и режимных параметров биотехнологических процессов. [c.13]

Т.е. коэффициент р отличается от Р лишь мнояштелем 01/Л. В случае использования коэффициента Р для оценки устойчивости модели и оригинала при масштабировании и увеличении масштаба величина tg и общая теплоемкость массы возрастают в одинаковое число раз, так что их отношение остается постоянным. Это показывает, что при масштабировании между коэффициентами р и Р существует однозначная зависимость, но связанная с масштабом процесса. Следовательно, при анализе устойчивости химических реакторов для целей масштабирования можно пользоваться коэффициентом р. [c.422]

Экспериментальные данные о кинетике процесса, как правило, получают на малых лабораторных реакторах, для которых имеет место свое, характерное именно для этого размера и реактора распределение скоростей потока, концентраций н температуры. Эти данные должны строго учитывать не только временной ход активности и селективности катализатора, но и все аэрогидро-динамические аспекты работы конкретного реактора независимо от того, что является целью исследования построение кинетической модели процесса с цельто масштабирования, фактические данные для проектирования реакторов или подбор катализаторов. [c.168]

Изменение масштаба процесса (заметим, что это относится как к его увеличению, так и к уменьшению) подвергает самому суровому испытанию все компоненты модели, полученные экспериментальным путем. Даже такие факторы, как константы скорости химических реакций, которые, как можно было бы ожидать, не должны меняться в зависимости от размеров реактора, не остаются неизменными. Например, селективное каталитическое окисление пропилена с получением акролеина и акриловой кислоты может перейти в цепную реакцию горения с выделением СО2 и СО [118]. В процессах, проте-каюпщх с участием радикалов и характеризующихся влиянием стенок сосудов, форма и размер аппарата становятся существенно важными факторами общей кинетической картины. Только в самых простых случаях, таких, как некоторые гомогенные жидкофазные реакции, можно рассчитывать на то, что кинетических данных, полученных лабораторным путем, будет достаточно для значительного масштабирования. Впрочем, и после того как будет подучена твердая гарантия, что эффект стенок отсутствует и что реакции будут идти с теми же скоростями, а константы скорости останутся прежними, введение в процесс даже такого, казалось бы, безо дного компонента, как перемешивание исходных компонентов, порождает проблему масштабирования. Ведь даже в условиях так называемой гомогенной реакции одно дело перемешивать жидкости в лабораторном сосуде и совсем другое — в реакторе емкостью 20 м . Форма и размер реактора, расположение штуцеров, через которые подаются жидкости, подлежащие перемешиванию, и гидродинамический режим, обусловленный геометрией пространства около ввода сырья, — все эти факторы будут оказывать существенное воздействие на характер перемешивания. [c.258]

Для реакторов, имеющих эффективные газораспределители и решетки в верхней части слоя, оказывается достаточным условием масштабирования сохранение функции распределения времени контактирования, З к, на опытных реакторах диаметром 200-Ш0 ш удалось воспроизрести конверсии и селективности лабораторних, Ра.-нее.при осуществлении процесса в свободном слое требовалось пятикратно увеличивать время контакта для сохранения конверсии. При этом существенно менялись селективности. [c.27]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология