Модели реакторов эффективность

Двухфазная модель реакторов с зернистым слоем. До сих пор часто в математической модели реакторов члены уравнений материального и теплового балансов, выражающие скорость химических реакций, аппроксимируются уравнениями формальной химической кинетики с некоторыми эффективными значениями кинетических констант. Недостатками такого приближения, во-первых, является то, что эффективные константы должны определяться для каждого размера зерна и каждой структуры катализатора, а, во-вторых, в этом случае модель обладает слабой экстраполирующей способностью, особенно для быстрых и сильно экзотермических реакций, где велика роль процессов переноса. [c.291]

Эффективность использования рециклов в значительной степени, помимо кинетических характеристик реакций, определяется типом химического реактора. Из теории химических реакторов известно, что для простых реакций, скорость которых пропорциональна концентрации исходного реагента — где п — порядок реакции, реактор трубчатого типа (модель идеального вытеснения) всегда эффективнее реактора с перемешиванием (модель идеального перемешивания), введение рецикла приводит к изменению структуры потоков в реакторе, приближая ее к режиму перемешивания. Таким образом, для простых реакций охват рециклом трубчатого реактора не приводит к увеличению эффективности реактора. Эффективность реактора с перемешиванием не зависит от того, имеется ли рецикл или нет. [c.127]

Чтобы, насколько это возможно, освободиться от громоздких математических преобразований, остановим свой выбор на реакторе наиболее простой конструкции, а именно, на голом цилиндрическом реакторе. Однако необходимо отметить, что применимость полученных результатов необязательно ограничивается этой частной конструкцией. Для реактора иной формы можно подобрать эквивалентный цилиндрический реактор без отражателя с помощью соответствующих лапласианов. Так, еслп реактор имеет отражатель, его можно заменить соответствующим реактором, введя экстраполированные добавки для соответствующих поверхностей. Однако необходимо проявлять определенную осторожность при выборе эквивалентного реактора, если регулирующие стержни расположены вблизи границы активной зоны и отражателя. В этом случае можно занизить эффективность регулирующего стержня, так как в действительном реакторе с отражателем регулирующие стержни могут находиться в существенно больших тепловых истоках, чем в модели реактора без отражателя (см. рис. 8.23). [c.533]

Эффективность методов с памятью была проверена на примере расчета схемы с рециклом (рис. 15). В этой схеме блок 1 — реактор, в котором получается окись этилена блок 2 — блок механического смешения исходного и рециркуляционного потоков блок 3 включает абсорбер и узел механического разделения потоков. Математическая модель реактора приведена в книге [8, с. 49]. По сравнению с методом простой итерации данный метод обеспечил лучшую точность, при этом для решения задачи было затрачено в два раза меньше итераций. [c.43]

Сравнение эффективности моделей реакторов обычно произво- дится по двум крайним моделям идеального смешения и идеального вытеснения. Выполним такое сравнение на примере простой реакции первого порядка. [c.299]

Эффективность модели реактора сказывается не только на степени превращения, но и на распределении продуктов реакции. В качестве примера рассмотрим разложение компонента А, проходящее двумя путями [c.300]

VI-18. В режиме I, где сопротивление внутренней диффузии незначительно, фактор эффективности приближается к единице. В режиме III скорость обусловливается внутренним сопротивлением. Для экспериментальных целей при установлении модели реактора желательно работать в режиме I. [c.450]

Известно, что неоднородности условий протекания процессов в движущемся слое являются одним из основ -ных факторов, снижающих эффективность промышленных реакторов, и в значительной степени влияющих на окончательный вид математической модели реактора в целом С84]. [c.46]

Новейшая модель реактора Берти (рис. 9) имеет диаметр 50 мм и разработана для ускоренных поисковых исследований с небольшими образцами катализаторов. Максимальный объем образца катализатора составляет 15 см Реактор легко вскрывается, так как его крышка закреплена единственным болтом. Кроме того, малые количества катализатора легче приготовить в лаборатории, а малый объем реактора повышает эффективность использования дорогостоящих исходных веществ и меченых промежуточных соединений. [c.77]

Сравнение проточных реакторов при одинаковых значениях концентрации и скорости подачи реагентов [34] показывает, что для всех аппаратов, в которых проводится химическая реакция с порядком, превышающим нулевой, реактор идеального смешения всегда больше реактора идеального вытеснения. Очевидно, что при конструировании аппаратов нужно стремиться к модели реактора идеального вытеснения, как более совершенного и эффективного. Это подтверждается и экспериментальными данными по изучению макрокинетики растворения железных стружек (см. разд. 2.1.1). Поэтому представленный на рис. 2.19 реактор по организации потока жидкости в какой-то степени является достаточно эффективным. Однако несовершенство его конструкции не позволяет полностью герметизировать пространство между ложным днищем и установленными на нем контейнерами со стружками, вследствие чего часть подкисленной жидкости, около 25 %. не попадает в зону реакции (см. разд. 2.3.1). Кроме того, разделение реактора на несколько секций создает неравномерный профиль скоростей движения жидкости. Все это приводит к образованию байпасных потоков, струйных течений, малоподвижных и застойных зон, резко снижает эффективность его функционирования. [c.59]

Фактор эффективности. В литературе фактор эффективности катализатора Е часто определяется по диаграмме Тилле, приведенной на рис. - П-16. В режиме I, где сопротивление внутренней диффузии незначительно, фактор эффективности приближается к единице. В режиме П1 скорость обусловливается внутренним сопротивлением. Для экспериментальных целей при установлении модели реактора желательно работать в режиме I. [c.353]

На примере гидроформилирования пропилена оценено также влияние продольного перемешивания и циркуляции в реакторе (т. е. структуры потока в реакторе) на эффективность использования реакционного объема и выход целевых продуктов. Для оценки влияния продольного перемешивания была использована модель реактора идеального вытеснения с рециркуляцией [156]. За мер>1 эффективности использования реакционного объема брали отношение [c.92]

Если тепло отводится со стенки реактора, то достоверность одномерной модели, очевидно, зависит от того, насколько эффективно поперечное перемешивание в реакторе (см. раздел IX.4). Приняв одномерную модель, следует выразить скорость отвода тепла через суммарный эффективный коэффициент теплопередачи к [c.272]

Часто из-за неоднородности условий протекания процесса в реальных условиях не достигаются расчетные показатели, потому что при проектировании контактных аппаратов не уделялось достаточного внимания вопросам равномерного подвода реагирующих веществ, смешения потоков на входе в реакционный объем, нагрева и охлаждения, засыпки катализатора и т. п. Создание однородных условий работы приобретает решающее значение при проектировании реакторов большой мощности. Без всестороннего исследования реакторов с помощью математической модели и машинного эксперимента невозможно надежно и однозначно определить влияние неоднородностей на эффективность работы реакторов, установить требования, ограничивающие отклонения от однородных условий в допустимых пределах. [c.15]

Основные каталитические процессы в нефтехимической и химической промышленности характеризуются многостадийностью собственно химических превращений при значительном числе участвующих в них реактантов. Последнее является причиной многомерности и сложности математических моделей, в которые входят большое количество уравнений, в первую очередь материального и теплового балансов. Практическое использование подобных моделей затруднительно, ибо для получения на ЭВМ полей концентраций реагентов и температуры в реакторе требуются большие затраты машинного времени. Это приводит во многих практических ситуациях к чрезмерному усложнению процедур структурной и параметрической идентификации и к невозможности научно обоснованного выбора математической модели каталитического процесса, отражающей результаты промышленного эксперимента в широком диапазоне изменения технологических параметров. Эффективный путь преодоления этих трудностей состоит в сокращении размерности уравнений модели за счет априори построенных уравнений инвариантов физико-химических (реакторных) систем. Инварианты позволяют также осуществить предварительную оценку параметров реакторных моделей, проверить обоснованность выбора граничных условий. [c.242]

Вводя понятие инвариантных соотношений для факторов эффективности, можно показать, что факторы эффективности независимых компонентов вычисляются по факторам эффективности ключевых веш еств и элементам матрицы итоговых уравнений [57]. Кроме того, нетрудно осуществить вывод уравнений физико-хими-ческих (реакторных) инвариантов для основных типов моделей химических реакторов, что позволяет сокращать размерность систем дифференциальных уравнений, используемых для описания реакторов [57]. [c.247]

Кинетическая функция ш ( , Т) в моделях обоих реакторов представлена уравнением Темкина с параметрами, соответствующими типу используемого катализатора. Фактор эффективности диффузии т] (Т) определяется по аналитическому решению уравнения диффузии для реакции первого порядка. Для описания скорости снижения активности GTK и НТК в условиях эксплуатации катализаторов на крупнотоннажных агрегатах принята модель независимой дезактивации, описываемой уравнением da/dx = [c.335]

Дэвидсон и Харрисон сопоставили эффективность реактора, рассчитанную по этим моделям, с экспериментальными данными ряда исследователей, изучавших реакции первого порядка в слоях [c.338]

Пакеты прикладных программ с ориентацией па проблему являются средством повышения эффективности решения прикладных задач в различных областях народного хозяйства. Их создание базируется на стремлении объединить в единое целое достижения в области решаемой проблемы, вычислительной математики и вычислительной техники. Конечным результатом разработки является программно-аппаратный комплекс, позволяющий пользователю с желаемой точностью, максимальной простотой и удобством решать появляющиеся в процессе его деятельности проблемы. Очевидце, создание таких пакетов — задача не только сложная в смысле формулирования и описания проблемы, разработки необходимых алгоритмов, но и трудоемкая. Для ее решения обычно привлекаются специалисты различных профилей — технологи, математики, программисты. Кроме того, в зависимости от сложности проблемы последняя может быть разделена на отдельные под-проблемы, каждая из которых решается самостоятельно в рамках общей цели. Такое разделение на подпроблемы обычно производится исходя из специфики отдельной части общей задачи. При наличии структурной или функциональной организованности алгоритмов части проблемы она может выступать в качестве подсистемы. При моделировании реакторных процессов, нанример, в качестве отдельных частей можно выделить установление механизма реакции, оценку кинетических констант, модель реактора и т. д. Помимо относительной независимости этих частей можно было бы выделить их и исходя из последовательности использования в процессе моделирования реактора. [c.282]

Динамические характеристики. Из-за внешних воздействий и (или) изменений внутренних свойств катализатора и реактора в целом температурные и концентрационные поля в слое катализатора меняются во времени. При этом, как было показано, те параметры, влияние которых в стационарном режиме можно было не учитывать, часто оказываются существенными в нестационарном процессе. К таким параметрам можно отнести, например, дисперсию вещества вдоль слоя катализатора, массоемкость и теплоемкость слоя, неравподоступность наружной поверхности зерна, внешний тепло- и массообмен. В стационарном режиме значительное число факторов воздействует на состояние системы независимо и часто аддитивно. Это позволяет использовать более узкие модели и эффективные параметры, отражающие суммарное влияние этих факторов. В нестационарном режиме степень влияния этих же факторов может быть иной и, кроме того, сильно зависеть от состояния системы. Р1х влияние необходимо учитывать порознь. Так, например, дисперсию тепла вдоль адиабатически работающего слоя катализатора в стационарном режиме вполне достаточно представить коэффициентом эффективной продольной теплопроводности. В нестационарном режиме это недопустимо — необходимо учитывать раздельно перенос тепла по скелету катализатора, теплообмен между реакционной смесью и наружной поверхностью зерна и иногда перенос тепла внутри пористого зерна. Из-за инерционных свойств в нестационарном режиме имеют место большие, чем в стационарном, градиенты температур и концентраций на зерне и в слое катализатора. Это приводит, иапример, к отсутствию пропорциональной зависимости между температурой и степенью превращения, непродолжительному, но большому перегреву у поверхности зерна с наилучшими условиями обмена, значительным перегревам слоя — динамическим забросам, на-Л1Н0Г0 превышающим стационарные перепады температур между входом и выходом из слоя могут быть в несколько раз больше адиабатического разогрева при полной степени превращения. Сдвиг по фазе между температурными и концентрационными полями иногда приводит к возникновению колебательных пере- [c.13]

Создание единой для большого числа процессов и аппаратов математической модели, отражающей физическую сущность явления, невозможно без выявления истинных закономерностей осуществляемых физико-химических превращений. Вместо подгонки диффузионных моделей с эффективными, т. е. дающими похожий на конечный результат ответ, коэффициентами под единичные эксперименты, надо направить усилия на изучение определяющих этот комплексный ответ отдельных факторов, таких как структура слоя катализатора, глобальная и локальная гидродинамика смеси, тепло- и массоперенос, кинетика гетерогенных химических реакций. Основу этого изучения по каждому из указанных разделов должно составлять целенаправленное экспериментальное обследование во всем интересном для практических приложений диапазоне изменения определяющих параметров с последующей фиксацией физических закономерностей или критериев нодобпя исследуемого яв.пения. На первом этапе изучения отдельных влияющих па работу химических реакторов факторов, кроме изучения кинетики химических реакций, остается реальной идея физического, в том числе и масштабного, моделирования с применением вычислительной техники, при этом должно быть обеспечено соответствие теоретических моделей экспериментальным данным. На втором этапе описания работы химических реакторов общая математическая модель будет получена сложением отдельных составляющих процесса. Основным будет выбор частных видов общей модели, отвечающих конкретным практическим случаям, и их численный расчет с учетом всех влияющих факторов. [c.53]

В институте газа АН УССР рассмотрено несколько конструкций смесительных устройств и проведено их испытание с целью определения эффективности смешения потоков. Испытания проводились на холодных моделях реакторов. В качестве моделирующих потоков брались воздух и углекислота. В зависимости от концентрации углекислоты в воздушном потоке строились эпюры для различных сечений смесителя и реакционного канала, по которым судили об эффективности смешения. [c.175]

Энергетический выхо продукта o и обратная ему величина удельных затрат /нергии широко используются для характеристики эффективности плазмохимических процессов. Пусть лини рабочих концентраций плаамохимического реактора описывается зависимостью вида / в Р(Н). Эффективность вклад энергии при энтальпии Н будет определяться тогда величиной с/. = dмодели реактора идеального смешения представляет <У<5ой прямую линию. Это означает, что вi не зависит от / и опредэляется угловым коэффициентом линии рабочих ко1 ентраций [c.224]

НО И Времени. В этом случае при выводе уравнения, описывающего диффузионную модель, производится также усреднение по времени, что приводит к тому же, что и раньше, выражению для эффективного диффузионного члена с коэффициентом D, учитывающим, кроме извилистости направления движения потока, влияние турбулентных пульсаций. Молекулярная диффузия оказывает исчезающе слабое воздействие на перемешивание потока в слое твердых частиц, поэтому при усреднении по макрообъему диффузионным членом в (V. 1) можно пренебречь. Это обстоятельство приводит к тому, что значение эффективного коэффициента диффузии D одинаково для всех компонентов реакционной смеси. Наряду с эффективными коэффициентами переноса, в диффузионной модели вводятся эффективные скорости образования веществ rj, отнесенные к единице объема слоя. Если реакция идет на поверхности непористых частиц, Гг=ргСГ, где О — площздь внвшней поверхности частиц катализатора в единице объема слоя. В процессе на пористом катализаторе Г = — е)г, где г —эффективная скорость образования г-го вещества, отнесенная к единице объема зерна (с учетом диффузионного торможения реакции, см. гл. П1). Уравнение материального баланса, описывающее поле концентраций 1-го вещества в реакторе, принимает, таким образом, вид [c.186]

Изучение и оценка переноса тепла в реакционном объеме представляют большие трудности. Особенно это относится к реакторам с насадкой, так как тепл оперен ос в них осуществляется не только через массу реагирующего газа или жидкости, но и непосредственно через твердую фазу. В ряде случаев в тепловом балансе необходимо учитывать также и лучеиспускание. Поэтому, чтобы различные механизмы переноса тепла можно было однозначно характеризовать, вся масса реакционного объема в соответствии с диффузионной моделью рассматривается как некоторая однородная (гомогенная) среда, в которой перенос тепла происходит с некоторым эффективным коэффициентом температуропроводности Отэ По тем же причинам, что и для коэффициента переноса вещества (неизотропность реакционной среды, упрощение расчетов), вместо 0 будем рассматривать его продольную и поперечную составляющие ат и атг. При этом вначале определяются коэффициенты теплопроводности и Хг, ккал1м ч град. Величина коэффициента температуропроводности определяется из соотношения [c.67]

Исследование диффузионной кинетики встречает ряд осложнений в связи с трудностями зкспериментального определения диффузионных параметров системы сырье-катализатор. Однако в последние годы зтот подход находит все большее оснешение в литературе. Применение методов диффузионной кинетики для обработки результатов испытания различных катализаторов позволяет более обоснованно выбирать катализаторы, носители для них, размеры зерна и ряд других важных технологических показателей, связанных с оценкой эффективности процесса. При решении проблем моделирования реактора и оптимизации процесса наиболее правильным считается использование диффузионных моделей. [c.71]

Изучены различитле модели десорбирующих устро сств. Наиболее эффективным оказался выносной десорбер, но и он имеет недостатки, обусловленные изолированностью от реактора. Несколько уступает ему коаксиальный десорбер, выполненный в вид( изолированного аппарата, расп(Зло кепного внутри реактора. Ои м( жет использоваться для реакторов с постоянным уровнем кипящего слоя. [c.176]

В этих условиях эффективность реактора с псевдоожиженным слоем будет, возможно, соответствовать теоретически рассчитанной по моделям, учитывающим межфазный обмен газом только за счет его циркуляции через пузырь и облако. Например, при использовании катализатора с размером частиц 360 мкм было установлено что экспериментальные данные хорошо согласуются с упомянутой выше моделью Однако при уменьшении размера частицы падает интенсивность циркуляции газа через облако и пузырь объем облака становится меньше, так что газ из нузыря контактирует с относительно меньшим числом твердых частиц. Отношение Ul,lu f при этом весьма велико, поэтому время пребывания газа, находящегося в пузыре, составляет лишь некоторую долю от времени его пребывания в непрерывной фазе следовательно, степень проскока будет высокой. Эти общие рассуждения не подкреплены экспериментальными наблюдениями. [c.363]

Найти эксперилюнтально эффективный режим раздельной подачи кислорода практически невозможно, особенно учитывая опасность чрезмерного разогрева катализатора. По математической модели нами исс.педованы режимы раздельной подачи кислорода н каждый реактор. Некоторые результаты расчетов приведены на рнс. 1Х-8. [c.322]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология