Реакторы теплопередачи

Следует отметить, что проведению расчета реактора на аналоговых и цифровых вычислительных машинах должно предшествовать всестороннее изучение рассматриваемого процесса в лабораторных условиях. При этом лабораторные исследования должны быть направлены не на воспроизводство промышленных условий, а на познание первичных закономерностей отдельных стадий процесса. Необходимо изучение кинетики собственно химического превращения индивидуальны веществ (без искажающего влияния физических факторов) с раздельным изучением основных и побочных процессов в широком интервале температур и концентраций. Необходимо также отдельное изучение гидродинамики потока в реакторе, теплопередачи и т. п. Результаты этих исследований дают основу для математического описания процесса и программирования. [c.145]

Полимеризацию можно производить одним из трех способов (схем). Способом идеального смешения, последовательного вытеснения или комбинированным. Все рассуждения, относящиеся к выбору того или иного способа (схемы), аналогичны приведенным для полимеризации в растворе. Несколько отличны в данном случае условия теплообмена. Дело в том, что в начале работы реактора теплопередача от стенки реактора к суспензии довольно высока, почти как для воды, но по мере отложения на стенках слоя осадка полимера теплопередача резко падает, ухудшая возможность поддержания [c.30]

Реактор состоит из облицованной бетоном стальной трубы, обогреваемой снизу газом. По оси печи вертикально проходит бетонная труба, по которой нисходящим потоком пропускается смесь метана с хлором. Этот поток создает своего рода эжектирующее действие, в результате чего засасывается часть прореагировавшего газа. Следовательно, непосредственной теплопередачей можно довести исходный газ до температуры реакции. Одновременно эти газы играют роль разбавителя и могут поглощать часть выделяющейся теплоты реакции. [c.168]

Следующая возможность улучшить смешение компонентов реакции состоит в том, чтоб Ы впрыскивать в камеру для хлорирования хлор по оси, а пропилен по касательной [20]. Наконец, предлагается установка для хлорирования, на которой работает вертикальный реактор и применяются агенты теплопередачи [12]. [c.181]

А — коэффициент теплопередачи от реагирующей смеси к теплоносителю, учитывающий конечную скорость конвективной теплопередачи на внешней и внутренней сторонах стенки реактора и теплопроводности через стенку. [c.159]

K = QI(T — — коэффициент теплопередачи. у.1, Xj —параметры в модели реактора неполного смешения, р, —параметр регулятора, пропорциональный р,. [c.212]

Другие проблемы возникают при исследовании реакторов с неподвижным слоем мелких частиц катализатора. Профиль скоростей становится при этом более однородным, однако вследствие нерегулярности упаковки слоя возможно образование каналов со сравнительно высокой скоростью потока. В то же время обтекание потоком твердых частиц приводит к довольно интенсивному поперечному и некоторому продольному перемешиванию потока. Дополнительно к проблемам теплопередачи через стенку трубы в этом случае возникают проблемы, связанные с переносом тепла от потока к поверхности твердых частиц и внутри зерен катализатора (см. главу VI). Здесь мы будем предполагать, что имеется квазигомогенное кинетическое выражение для скорости реакции, отнесенной к единице объема реактора, которым можно пользоваться при расчетах. [c.255]

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]

В , среднее время пребывания = 100 Отсюда следует, что времени для проведения реакции будет слишком много и, таким образом, длина реактора слишком велика. Чтобы достигнуть равенства времени пребывания, длину промышленного аппарата а надо получить с коэффициентом МК, т. е. она будет равна 10 см. В этом случае, конечно, нельзя говорить о трубчатом реакторе, так как время пребывания с изменением состава смесей будет сильно изменяться. Следует учитывать при этом еще и дополнительный недостаток одинаковую поверхность теплопередачи у модели и аппарата. В связи с этим теплота из аппарата отводиться не может, так как количество реагентов в нем в 10 раз больше ее. Значит, увеличение масштаба при соблюдении условий геометрического п гидродинамического подобия проведено неверно. Теперь приведем правильное решение задачи. [c.234]

В гл. И было показано, что в состав математической модели неадиабатического стационарного трубчатого реактора входят два дифференциальных уравнения — кинетическое уравнение реакции и дифференциальное уравнение теплопередачи [c.349]

Можно также поставить задачу определения температурного градиента реактора, соответствующего минимальному времени пребывания. В этом случае требуется оптимизация решения первого дифференциального уравнения. Что касается теплопередачи, то размеры реактора должны быть подобраны так, чтобы в нем имел место оптимальный температурный градиент. [c.350]

Паровую конверсию углеводородов следует вести, избегая осаждения углерода на катализаторе, способствующего его разрушению и увеличению гидравлического сопротивления в реакторе. Для предотвращения этого процесса следует поддерживать некий минимальный расход водяного пара в процессе паровой конверсии углеводородов. Теоретически этот расход не должен быть ниже 2 1. Однако для улучшения теплопередачи на практике подают до 4—5 м пара на конверсию 1 м метана. [c.62]

Химические реакции почти всегда сопровождаются выделением (поглощением) тепла, и температура изменяется по мере протекания процесса. В экспериментальных исследованиях необходимо по возможности поддерживать изотермические условия, чтобы опыты не усложнялись вследствие изменения скорости реакции с изменением температуры. Влияние температуры можно определить путем постановки опытов, проводимых при нескольких различных постоянных температурах. В лаборатории удается поддерживать почти изотермические условия благодаря большой наружной поверхности, приходящейся на единицу объема аппарата в небольших установках, и в результате того, что теплопередача в этих установках всегда может быть обеспечена и не лимитируется экономическими соображениями. С другой стороны, в крупных промышленных агрегатах практически осуществимая скорость теплопередачи строго ограничена. Таким образом, при проведении промышленных процессов большое значение приобретают как проблемы, так и вопросы кинетики теплопередачи. Иногда проблемы теплопередачи настолько важны, что агрегат можно рассматривать скорее как теплообменник, чем как реактор. Процесс ведут адиабатически в тех случаях, когда температура изменяется лишь в пределах рабочего режима, т. е. не понижается настолько, что скорость реакции становится слишком низкой, и не повышается так, что процесс нельзя регулировать. [c.89]

Теплообмен в реакторе можно осуществить при постоянной скорости теплопередачи. Такой способ теплообмена применяется, например, в трубчатых реакторах, обогреваемых пламенем и горячими топочными газами (рис. И1-2,а). В этом случае коэффициент теплопередачи изменяется мало, а разность температур настолько велика, что изменение температуры реагентов лишь незначительно влияет на АТ. [c.96]

Теплообмен можно осуществить при постоянных коэффициенте теплопередачи и температуре теплового источника. Так, например, в реакторах с паровой рубашкой, оборудованных мешалками (рис. И 1-2,6), на величину коэффициента теплопередачи влияет главным образом скорость перемешивания, что дает возможность поддерживать указанный коэ< к )ициент постоянным. [c.96]

Реакторы вытеснения устанавливают горизонтально или вертикально. В тех случаях, когда необходимо организовать теплообмен, реактор по своей конструкции бывает похож на кожухотрубный теплообменник. При этом реагенты могут находиться либо в трубном, либо в межтрубном пространстве. Реакционный объем может быть заполнен частицами твердого катализатора или инертной насадкой для улучшения теплопередачи или контакта между фазами в гетерогенных реакциях (за счет увеличения турбулентности) [c.116]

Для полного расчета реактора требуется знание начальных и граничных условий, таких как характер теплопередачи у стенок реактора или заданные температуры стенки. Для получения численных решений необходимы экспериментальные данные по коэффициенту трения, эффективной теплопроводности и эффективной диффузии, или по коэффициентам тепло- и массопередачи. Обзор данных для неподвижного и кипящего слоев твердых частиц приведен ниже. [c.245]

Такие научные дисциплины, имеющие важное значение в химической технологии, как гидравлика, теплопередача, массопередача, дают много соотношений между соответствующими параметрами процесса. Эти соотношения позволяют осуществлять проектирование промышленной аппаратуры при помощи ограниченного количества опытных данных. Проявляется большой интерес и прилагается много усилий для разработки подобных обобщений также и в области химических реакторов, однако из-за сложности этой проблемы здесь не удалось пока достигнуть значительных успехов. Следовательно, как правило, приходится главным образом основываться на данных конкретных экспериментальных исследований. [c.339]

Динамического и химического подобия обычно нельзя достигнуть одновременно например, если остается постоянным время реакции, то число Рейнольдса, в которое входит линейная или массовая скорость, изменяется. В гетерогенных каталитических процессах полное подобие может быть достигнуто при изменении размера частиц катализатора и его активности. Если теплопередача осуществляется теплопроводностью или конвекцией, размер частиц должен быть пропорционален диаметру сосуда, а активность катализатора должна меняться обратно пропорционально квадрату диаметра реактора оба условия очень тяжелы и обычно невыполнимы. Часто имеют значение только некоторые из факторов, влияющих на реакцию, так что существенным будет равенство только тех безразмерных комплексов, в которые они входят. Например, если скоростью диффузии определяется процесс в гетерогенном реакторе, то рассмотрение одного динамического подобия будет достаточным для выяснения условий моделирования. [c.341]

Последнее уравнение следует из уравнения (X, 17) и закона Аррениуса. Если теплопередача излучением не имеет значения, то уравнением (X, 16) можно пренебречь. Из этих уравнений вытекает, например, что в меньшем реакторе требуются большие скорости потока и большие скорости реакции если добиваться полного подобия [уравнения (X, 15) и (X, 17)]. Другие примеры применения данных уравнений будут указаны позднее. [c.344]

Сравнивая два реактора (для проведения реакций в гетерогенной среде), радиусы которых находятся в соотношении X, и делая те же предположения относительно физических свойств, какие были сделаны при выводе уравнений (X, 10)—(X, 13), получим два соответствующих ряда уравнений в зависимости от преобладания того или иного вида теплопередачи. Если основную роль играет теплопроводность, то уравнения имеют вид [c.345]

При сохранении химического подобия на геометрию и режим теплопередачи также накладываются определенные ограничения, но они не являются столь жесткими, как в случае динамического подобия. В табл. 76 приведены геометрические соотношения для гомогенных и гетерогенных реакторов при двух различных соотношениях между размерами частиц и объемом аппарата. Аналогично, в табл. 77 показаны характеристики теплопередачи через стенки сосуда для модели и прототипа, объемы которых находятся в отношении 1/Х . В обеих таблицах диффузионный массообмен не учитывается. [c.347]

Пример Х-2. Рассмотреть реакцию в газовой фазе, протекающую при большой потере напора в трубчатом проточном реакторе. Вывести соотношения между размерами прототипа и модели, необходимые для химического подобия, если массовые расходы реагирующей газовой смеси находятся в отношении X. Сравнить также теплопередачу через стенки сосуда. [c.348]

Х-5. Скорость реакции, протекающей в потоке, движущемся через слой катализатора, определяется скоростью диффузионного массообмена. Приняв, что скорости подачи сырья находятся в соотношении X, найти соотношение размеров прототипа и модели, а также соотношения параметров теплопередачи. Заметим, что числа Рейнольдса должны быть равны для обоих реакторов. [c.352]

В большинстве случаев в химических реакторах должны обеспечиваться необходимое время пребывания смеси, соответствующие условия теплопередачи и перемешивание фаз. При проектировании реакторов следует учитывать следующие основные факторы [c.353]

Выяснение полной модели реакции открывает путь для детального машинного воспроизведения процесса с тем, чтобы установить влияние всех его параметров на образование и выход побочных продуктов. Это позволяет найти оптимальные условия процесса задолго до того, как выполнен окончательный проект и проведены производственные испытания. Введение в машину данных по динамике реактора и других агрегатов вместе с зависимостями по массо- и теплопередаче поможет искоренить пугало моделирования , которое так долго докучает проектировщикам. [c.24]

Поскольку наиболее простое отображение поведения химического реактора относится лишь к одному из этих явлений, наша диаграмма должна иметь три исходные точки. Теплоперенос может оказаться весьма сложным, но все же его можно описать линейными дифференциальными уравнениями до тех пор, пока значения коэффициентов теплопередачи и теплопроводности принимаются постоянными или по крайней мере линейными функциями независимых переменных. [c.117]

Для того чтобы увеличить до максимума выход целевого продукта в данном реакторе, должно быть изучено взаимодействие таких переменных, как производительность, длина реактора и рабочая температура, с селективностью и степенью превращения. Конечно, экономические вопросы (например, капитальные вложения и затраты на исходное сырье) рассматриваются с этой точки зрения, ограничивая размер реактора и нижний предел объемной скорости. Смит и Карберри [21, 22] описали детальную методику моделирования реакций и оптимизации переменных процесса с целью увеличения до максимума выхода продукта. Методика применена как к реакторам с фиксированным слоем [21], так и к трубным реакторам [22] для окисления нафталина, но метод может быть распространен на большинство реакций. На основе данных, полученных в этих исследованиях, можно сделать заключение, что процесс в реакторе с фиксированным слоем лимитируется диффузией в таблетке катализатора, а в трубчатом реакторе — теплопередачей в стенках труб. Такие наблюдения наводят на пути дальнейшей оптимизации процесса соответствующими изменениями катализатора и конструкции реактора. [c.105]

Гранулированный твердый катализатор располагается в реакторе в лромежутках между поверхностями охлаждения и омывается в направлении сверху вниз потоком синтез-газа. Путем использования нового катализатора и новых данных по теплопередаче и массообмену в зернистых материалах, при разработке которых большая роль принадлежала Бротцу [70], выход продуктов синтеза с реактора удалось увеличить с 2 до 50 т [71]. [c.127]

Вопросы, рассматриваемые в этой главе, излагаются более подробно и на более высоком уровне в книге Петерсена Анализ химических реакций (см. библиографию, стр. 147). Здесь мы сможем только обсудить простейшие случаи и указать их связь с обш,ей проблемой анализа химических реакторов. В предыдущих главах для описания процесса мы нсио.тхьзовали функцию г (I, Т), которая определяет скорость-реакции в единице объема реактора. Применение этой функции, безусловно, оправдано в случае гомогенного процесса. Однако было бы желательно сохранить тот же способ описания и при расчете гетерогенных процессов, таких, как каталитические газофазные реакции в неподвижном слое таблетированного катализатора. В разделе VI. обсуждаются связанные с этим вопросом трудности и ограничения. Многих затруднений можно избежать, введя понятие об определяющей стадии (раздел VI.2). В последующих разделах будут исследованы некоторые характеристики процессов адсорбции (раздел VI. 2), внешней массопередачн (раздел VI.3) и внутренней диффузии (раздел VI.4). Затем мы постараемся обобщить эти явления (раздел VI.5) и вкратце остановимся на некоторых эффектах, связанных с конечной скоростью теплопередачи (раздел VI.6). Структура главы показана на рис. VI. . [c.119]

Прежде всего трубчатые реакторы можно разделить на аппараты с пустыми трубами и аппараты с неподвижным слоем твердых частиц. Если реакция сопровождается тепловым эффектом, то ее ход будет зависеть от скорости теплопередачи через стенку трубы. Если внешняя стенка трубы теплоизолирована, то мы имеем дело с адиабатическим трубчатым реактором, рассмотренным в предыдущей главе. Если тепло реакции отводится или подводится через стенку, то сразу возникает проблема теплопередачи от реагп- [c.254]

Теперь поставим вопрос, как оценить величину Л. Прежде всего Q представляет собой скорость теплообмена, отнесенную к единице объема слоя, и потому /г имеет вид Ыр, где р — площадь поперечного сечения реактора, деленная на периметр охлаждающей поверхности (иногда эту величину называют гидравлическим радиусом), и к — коэффициент теплопередачи, отнесенный к единице охлаждающей поверхности. В рассматриваемой системе, очевидно, существуют три последовательных сопротивления теплопередаче от реагирующей смеси или зернистого слоя к стенке реактора, через стенку реактора и от стенкп к теплоносителю. Последнее сопротивление зависит от характеристик потока теплоносителя и может быть оценено стандартными методами, применяемыми при расчете теплообменников. Скорость теплопередачи через стенку определяется решением задачи теплопроводности. Для гомогенного реактора скорость теплопередачи от реагирующей смеси к стенке также оценивается стандартными методами, но для зернистого слоя вопрос более сложен. Эксперименты [c.272]

Очевидно, желательно вести процесс при такой температуре чтобы иметь только одно пересечение в точке типа Е. Если скорость теплопередачи соответствует кривой N2, то точка ) неудовлетворительна лпшь в том отношении, что при сильном возмущении реактор может перейти в другой стационарный режим, соответствующий точке В. [c.284]

При двухступенчатой холодной сепарации (см. рис. И, 12) в пер вой ступени выделяется циркулирующий водородсодержащий га прп 40 —50 °С. Давление в сепараторе зависит от требуемого давленш в реакторе и возможной потери давления газа в сети перед подачез в сепаратор. Во второй ступени из гидрогенизата выделяется раство репный углеводородный газ. Давление в сепараторе второй, стунен складывается из давления в колонне стабилизации и давления, ко торое необходимо для подачи гидрогенизата в колонну. Наличие второй ступени сепарации гарантирует исключение прорыва сред1 высокого давления в стабилизационную колонну кроме того, сниже ние доли неконденсирующихся компонентов в верхнем продукт колонны улучшает коэффициент теплопередачи в конденсаторе холодильнике. [c.72]

Изучение конструкции объекта позволяет определить некоторые константы, входящие в уравнения модели поверхность теплопередачи, свободное сечение тарелок ректификадионньос колонн, удерживающую способность тарелок по жидкости, скорости потоков, перепад давления между тарелками, вес катализатора в реакционной зоне реактора и т.п. [c.13]

Задача составления структурной схемы объекта является весьма ответственной и трудно формализуемой. Так, например, степень детализации при раздглении однотх) и того же объекта на звенья может быть различной. Для охлаждаемого химического реактора с мешалкой в качестве звеньев можно принять реакционный объём, стенку реактора, объём хладрагента. При болае детальном исследования в объекте можно учесть теплоемкость и потери тепла через мешалку, а также теплопередачу через стенку "рубашки" в окружающую среду. [c.13]

Оребрение поверхности грубок предназначено для увеличения поверхности теплообмена со стороны теплоносителя, имеющего меньший коэффициент теплоотдачи. Ребристые трубки чаще всего применяются в воздухо- или газонагревателях, в воздухоохладителях и сушильных установках, реакторах и т. п. Применение их оправдано в случаях нагрева воздуха или газа горячей водой или паром, а также во всех других случаях, когда один из геплоноси-телей имеет большой, а другой — очень маленький по сравнению с первым коэффициент теплоотдачи, в результате чего получаются очень низкие значения коэффициента теплопередачи к и соответственно большие размеры поверхности нагрева. [c.199]

При разработке новых процессов необходимо учитывать, что высокая скорость реакции нитрования дает возможность перехода на непрерывный метод, имеющий ряд преимуществ перед периодическим. Проведение процесса нитрования непрерывным способом позволяет резко сократить объемы реакторов и соответственно уменьшить количество нитропродуктов в аппаратах, интенсифицировать массо- и теплопередачу, повысить надежность контроля и регулирования процесса, что в итоге дает возможность значительно снизить опасность и последствия возможных аварий. Такой непрерывный процесс нитрования хлоргидринстирола азотной кислотой на некоторых химических и химико-фармацевтических предприятиях уже применяют. [c.361]

Как было отмечено выше, на установках с относительно высокой кратностью циркуляции катализатора применяют регенераторы с небольшим числом зон сжигания и охлаждения, так как в этом чзлучае значительная часть тепла, выделяющегося при сжигании кокса, расходуется на нагрев катализатора. При подаче в реактор на 1 т сырья от 4 до 6 тп катализатора вместо 2,0—2,5 т имеется возможность упростить конструкцию регенератора, ограничиться меньшей поверхностью теплопередачи змеевиков и снизить расход тепла на предварительный нагрев сырья, так как при высокой кратности циркуляции регенерированным катализатором в реактор вносится достаточное количество тепла как для перегрева паров сырья, так и для испарения жидкой его части. [c.128]

Реактор идеального вытеснения. Математическое описание этого реактора можно получить из общих уравнений гидродинамики потока для случая идеального вытеснения (11,15) и (11,21), если подставить в них соответствующие выражения для интигсивностей истич[гиков массы и тепла. Интенсив1/ость указанных источников, как и для рассмотренно1 о реактора идеального смешения, определяется скоростью химической реакции и теплопередачей. [c.83]

Диаметрально противополоя ный случай имеет место при отсутствии теплопередачи через стенку. Реакторы такого типа называют автотермическими. Другой используемый с той же целью термин — адиабатические реакторы — менее удачен, хотя бы потому, что всякий проточный реактор (и в том числе авто-термический) — это открытая система, которая с точки зрения термодинамики не может быть названа адиабатической. [c.15]

Чтобы записать подобное уравнение для реактора периодического действия, необходимо приравнять скорость изменения энергии смеси и разность теплоприхода и теплорасхода реактора за единицу времени. Теплоприход обусловлен тепловыми эффектами реакций (если они экзотермические), теплорасход — теплопередачей через стенку реактора. При расчете теплоотвода примем, что теплоемкость стенки очень велика по сравнению с теплоемкостью реагирующей смеси, и поэтому температуру стенки можно считать постоянной. Если реактор снабжен рубашкой, через которую прокачивается хладоагент, то при достаточно большой скорости прокачки темперагуру хладоагента также можно считать постоянной. При этих условиях уравнение теплового баланса запишется так [c.20]