Теплопередача в неподвижных слоях

При обработке экспериментальных данных по внешней теплопередаче в неподвижном слое используется фактор теплопередачи аналогичный фактору (см. раздел 1.3). Тепловой поток между поверхностью с температурой и ядром потока с температурой Т равен [c.141]

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]

В присутствии твердых частиц в газе скорость теплопередачи заметно увеличивается. Для газа, пропускаемого через неподвижный слой, скорость теплопередачи может быть в 5—10 раз больше, чем для того же газа при отсутствии частиц во взвешенном слое скорость увеличивается в 20—30 раз. [c.270]

Эти два типа теплопередачи сильно отличаются друг от друга по отношению к основным параметрам процесса. Некоторые новейшие экспериментальные данные будут рассмотрены ниже. Библиография по неподвижному слою приводится у Якоба и Мак-Адамса - ", а литература по псевдоожиженному слою—у Мак-Адамса з" и Чжу . [c.270]

Рис. 1-45. Влияние теплопроводности частиц А, на коэффициент теплопередачи неподвижного зернистого слоя

Рассмотрим уравнение, описывающее при определенных условиях процесс теплопередачи в неподвижном слое [c.98]

Как показали исследования на опытно-промышленной установке (рис. 82), применение взвешенного слоя катализатора позволяет устранить многие недостатки, присущие контактным аппаратам с неподвижным слоем [60, 61]. Энергичное перемешивание газа во взвешенном слое интенсифицирует процессы массо- и теплопередачи [62], что благотворно сказывается на течении процесса и в частности значительно повышается (в 1,5—2 раза) производительность катализатора [62, 63]. [c.162]

Как и в процессе крекинга регенерация катализатора в кипящем слое весьма выгодно отличается от неподвижного слоя. Большие коэффициенты теплопередачи, возможность лучшего регулирования максимальной температуры сгорания обеспечивают высокую скорость процесса регенерации и меньшую потерю активности катализатора. Регенерация в неподвижном слое ведется газом, содержащим в конце слоя Лишь 2—3 объемн. % кислорода. Сравнительная характеристика гидроформинга в неподвижном и кипящем слое катализатора дана в табл. 3. Исходным сырьем служила лигроиновая фракция [c.250]

Несмотря на некоторые достоинства (простота устройства, возможность одновременной сушки различных материалов), вакуум-сушильные шкафы отличаются низкой производительностью (сушка в неподвижном слое, периодичность действия, связанная с остановкой шкафа для загрузки и выгрузки, плохая теплопередача вследствие образования воздушных прослоек [c.777]

Теплопередача путем конвекции происходит при передаче тепла от твердой фазы к жидкой или, наоборот, от подвижной фазы к твердой, например при охлаждении паров и газов в холодильнике. Конвекция может быть основана либо только на естественном движении подвижной фазы, возникающем в результате изменения плотности с температурой (естественная конвекция), либо она может быть ускорена механическим способом, например перемешиванием или ускоренным протеканием газа через трубки (принудительная конвекция). Даже при очень интенсивном движении жидкости или газа в непосредственной близости от стенки остается очень тонкий неподвижный слой, в котором теплопередача осуществляется не в результате конвекции, а за счет теплопроводности. Этот слой создает наибольшее сопротивление теплопередаче между обеими фазами. Коэффициенты теплопроводности этого слоя и подвижной фазы включены в коэффициент теплоотдачи а [c.83]

Диссипативная структура — это особое состояние сильно неравновесной системы. В таких системах происходит интенсивный перенос энергии, сопровождающийся ее потерями. Это может быть перенос теплоты от нагретого тела к холодному через слой жидкости или передача механической энергии одного движущегося тела другому через слой жидкости или самой жидкой среде. Это может быть также химическая реакция или передача энергии переменного поля частицам феррита и т. д. Течение этих процессов может принимать своеобразный, регулярный характер. Предпочтительность регулярного течения процесса обусловлена тем, что при прочих равных условиях (например разности температур) скорость переноса энергии увеличивается за счет включения дополнительных механизмов переноса. Классический пример диссипативной структуры — регулярные ячейки конвективных потоков среды при теплопередаче, если нагретое тело расположено внизу, а холодное — вверху. В этом случае теплопередача интенсифицируется за счет конвективного переноса теплоты в дополнение к нормальной теплопередаче неподвижной теплопроводной средой. Обычные волны на поверхности воды служат другим примером диссипативной структуры. Здесь, наряду с пространственной регулярностью возмущений поверхности, возникает и регулярность изменения состояния поверхности во времени. Пример чисто временной регулярности дают некоторые колебательные химические реакции. Внешне периодичность реакции может проявлять себя в том, что цвет раствора периодически с частотой несколько раз в минуту изменяется, например, с красного на синий и обратно. Такие колебания продолжаются до окончания реакции, длящейся десятки минут. [c.680]

При нагревании вязких жидкостей хороший эффект дают мешалки с небольшим зазором между ними и стенкой. При быстром вращении неподвижный слой смывается со стенки автоклава жидкостью, увлекаемой лопастями мешалки. При медленном вращении хорошую теплопередачу создают якорные мешалки, имеющие по краям лопастей планки (скребки), прижимаемые пружинами к корпусу автоклава. Последний тип мешалок рационален также при процессах, когда на стенках отлагается твердый продукт, вроде кокса или накипи. [c.92]

Полученные величины а оказались значительно меньше данных других авторов и меньше, чем для неподвижного слоя. Последнее объяснено наличием газовых пузырей, вследствие чего скорость теплоотдачи между газом и частицами ограничена скоростью теплопередачи внутри газового пузыря, и именно это приводит к уменьшению значений коэффициентов теплоотдачи. По той же причине скорость воздуха не влияет на. теплообмен. [c.67]

В результате многочисленных исследований, начатых проф. П. Г. Романковым с сотрудниками, отмечен ряд преимуществ адсорбции во взвешенном слое по сравнению с адсорбцией в неподвижном слое. Сильное перемешивание твердых частиц интенсифицирует также процессы теплопередачи, и в псевдоожиженном слое происходит быстрое выравнивание температур, что устраняет опасность местных перегревов. Подобно жидкостям, твердые зернистые частицы в состоянии псевдоожижения становятся подвижными и могут легко транспортироваться по трубам. Это дает возможность осуществлять процесс непрерывно. Недостатком процесса проведения адсорбции в псевдоожиженном слое поглотителя является сильная истираемость частиц вследствие их интенсивного перемешивания. К применяемому поглотителю предъявляются повышенные требования в отношении механической прочности. [c.53]

При изучении процессов в слое катализатора необходимо учитывать диффузию и теплопередачу. В неподвижном слое катализатора возможно раздельное изучение радиального и продольного переноса вещества и тепла В адиабатическом слое катализатора отсутствует радиальная диффузия и теплопередача, т.к. в нем нет градиентов температур и концентраций в поперечном направлении. Продольный перенос в адиабатическом слое следует учитывать лишь при [c.138]

В литературе имеются работы, посвященные экспериментальному изучению скоростей теплопередачи и диффузии при прохождении газовых потоков через неподвижный слой, состоящий из зернистых частиц. В этих работах получены обобщенные эмпирические уравнения для определения значений коэффициентов переноса массы в зависимости от режима движения потока. На примере процесса высушивания твердых частиц в струе воздуха в ряде работ изучались скорости переноса тепла и массы, причем зерна высушиваемого слоя по размерам и форме моделировали гранулы промышленных катализаторов. [c.399]

МАССО- И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В НЕПОДВИЖНОМ СЛОЕ ТВЕРДОГО КАТАЛИЗАТОРА [c.415]

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В НЕПОДВИЖНЫХ СЛОЯХ [c.417]

По аналогии с эффектами массопередачи в неподвижных слоях можно вывести общее уравнение теплопередачи. Возвращаясь к рис. 5, мы видим, что уравнение сохранения тепла внутри элементарного цилиндрического объема может быть получено следующим образом. [c.418]

Так как имеется более чем один механизм теплопередачи внутри неподвижного слоя, то у.е представляет собой свойство системы, которое зависит от таких переменных, как температура, скорость газового потока, диаметр частиц и пористость, теплопроводности газа и твердого тела, В действительности Хв обычно зависит от радиального расположения внутри реактора, поэтому в первую часть уравнения (130) необходимо добавить дополнительный член (5х,Ш) дТШ). [c.419]

Выведенные в предыдущих разделах уравнения предназначены для того, чтобы получить численные оценки тех факторов, которые необходимы для расчета газофазных каталитических реакторов с неподвижным слоем твердого катализатора. В результате такого анализа выявилось относительное значение химической реакционной способности, массопередачи диффузией и теплопередачи. Цель анализа заключалась в объединении соответствующих уравнений скорости реакции с уравнениями сохранения массы и тепла. Совместное решение групп таких уравнений дает возможность вычислить концентрационные и температурные профили внутри реактора с неподвижным слоем и, следовательно, оценить размер реактора, в котором можно достичь заданной степени превращения. В этом разделе дается краткое описание подхода к решению расчетных задач, возникающих при конструировании реакторов непрерывного действия. [c.420]

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]

При наличии таких функционалов, которые мы называем функционалами Ляпунова, можно доказать, что всякий часигч-пый предел решения краевой задачи для параболической системы является стационарным решением, а нри некоторых нредположе-ннях о структуре стационарных решений п стабилизацию ограниченных в достаточно сильных нормах решений к стационарному. Теорема 3 применима к уравнениям, описывающим процесс на пластинке, в порах катализатора, имеющего форму шара, а также процесс теплопередачи в неподвижном слое, и к уравнениям теорпп горения. [c.94]

Интенсивность теплопередачи конвекцией зависит от скорости смывания частиц газом, т. е. теоретически она могла бы быть одинаковой для стационарного и кипящего слоев (при одних и тех же относительных скоростях потока), но в состоянии псевдоожиження частицы находятся в более благоприятных условиях контакта с газовым потокол , который распределяется более равномерно. Кроме того, большое значение приобретает перенос тепла посредством теплопроводности кипя-щих> твердых частиц для частиц неподвижного слоя (особенно пористых) этот фактор очень мал. [c.77]

Восход5Ш1ий поток пара или газа, подаваемый на неподвижный слой катализатора стремится как бы приподнять этот слой. При очень больших объемных скоростях частицы катализатора могут выдуваться из реактора. Умеренные скорости потока сообщают частицам катализатора способность приподниматься, падать и перемещаться, т.е. как бы вибрировать. Подобный режим имеет целый ряд благоприятных особенностей. Он допускает частичную замену отработанного катализатора в течение рабочего периода. Кроме того, в отличие от процессов с неподвижным слоем здесь обеспечиба-ется более равномерная теплопередача по всему объему слоя. Это в свою очередь позволяет вводить в реактор относительно холодные исходные вещества, поскольку теплота, выделяющаяся в ходе реакции, может быть использована для предварительного подогревания сьфья. [c.18]

Чрезвычайно большое положительное значение имеет высокий коэффициент теплопередачи от кипящего слоя катализатора к теплоносителю или хладоагенту. При прочих равных условиях коэф( )ициент теплопередачи от кипяще] о слоя в 10—15 раз больше, чем от неподвижного слоя, что особенно важно для контактнокаталитических процессов, протекающих с значительным выделением или поглощением тепла. [c.416]

Значительную трудность при осуществлении экзотермических реакций могкет представлять отвод тепла, выделяющегося в результате химического превращения. За счет интенсивной циркуляции частиц катализатора в псевдоожиженном слое температура и, следовательно, интенсивность тепловыделения выравниваются по всему слою, что значительно облегчает отвод тепла из него. Помимо этого, коэффициенты теплопередачи от слоя к охлаждающей поверхности в псевдоожшкенном слое также выше, чем в неподвижном. Следовательно, для процессов с очень интенсивным тепловыделением рационально применение псевдоожиженного слоя. При этом лучшими показателями (небольшая поверхность охлаждения, интенсивное протекание процесса) обладают аппараты, работающие в неустойчивом режиме с его принудительной стабилизацией. [c.438]

Псевдоожиженный слой характеризуется высокой интенсивностью перемешивания частиц и значительной теплопередачей от слоя к газу или наоборот. Интенсивность теплопередачи конвекцией зависит от скорости омывания твердых частиц газом, т. е. теоретически она могла бы быть одинаковой для стационарного и псевдоожиженного слоев (при одной и той же относительной скорости потока), но состояние псевдоожижения более благоприятно для контакта частиц с газовым потоком, который распределяется более равномерно. Кроме того, большое значение приобретает перенос тепла за счет теплопроводности псевдоожнженных твердых частиц для частиц неподвижного слоя, особенно пористых, этот фактор очень мал. В итоге коэффициент теплопередачи в псевдоожиженном слое весьма значителен — он составляет от 1047 до 1673 кДж/(м2.ч-К), т. е. 250—400 ккал/(м -ч-°С). [c.31]

В данной работе полностью исключено описание образования пузырей в слое и обратного перемешивания, что вероятно, обусловлено движение.м газа почти полностью в погран.чч-яых слоях, окружающих отдельные частицы. Предварительные расчеты толщины пограничного слоя показали, что такой механизм мог объяснить наблюдаемые результаты. Возможность обратного перемешивания, связанная с турбулентностью, существующей в системе, также не может быть исключена. Интересно отметить, что коэффициенты теплопередачи, измеренные Чу [3] в неподвижном слое, согласуются с темп, что получены им для псевдоожиженных систем. В этом случае число Рейнольдса было довольно высоким и обратное перемешивание в псевдоожиженной системе не было значительным. [c.155]

Слой твердой фазы в аппаратах с неподвижным слоем обычно состоит из частиц размером от 0,6 до 75 мм или из отдельных крупных предметов. Такие аппараты используются при проведении процессов адсорбции, газоочистки, сушки, теплопередачи, а также в случае некаталитических и каталитических химических реакций (например, рйформинг в неподвижном слое). Иногда для взаимодействия газа и твердого материала (при адсорбции и сушке) применяют обычные насадочные колонны. В литературе описано оборудование с неподвижным слоем твердой фазы, используемое в процессах нефтеочистки. [c.231]

Высокоэффективная теплопередача, достигаемая благодаря применению техники нсевдоожижения, выгодна также при регенерации закоксованного катализатора. Более высокая диффузия газов в слое катализатора и возможность лучшего регулирования максимальной температуры сгорания обеспечивают высокую скорость сгорания кокса и меньшую порчу каталпзатора. Для проведения регенерации катализатора в этом процессе х сноль-зуется воздух, не разбавленный инертными газами, тогда как при процессе гидроформинга с неподвижным слоем катализатора [c.644]

I. Оборудование. Процесс оксихлорирования этилена в неподвижном слое катализатора обычно является многостадийным. Это облегчает управление сильноэкзотермической реакцией. На рис. 3 показана схема трехстадийной установки оксихлорирования с реактором для извлечения этилена. Реакторы соединены друг с другом последовательно, в каждый реактор подают воздух. По конструкции реакторы подобны большим трубчатым теплообменникам (рис. 4) и содержат много узких вертикальных трубок, вваренных сверху и снизу в трубные решетки. Внутрь трубок диаметром около 25 мм помещают катализатор. Диаметр трубок выбирают с таким расчетом, чтобы температура реакции не превышала температуру, при которой возможно разрушение катализатора. В трубках большего диаметра теплопередача от центра трубки к ее стенкам замедлена, и катализатор разогревается до более высоких температур. [c.266]

Эксперименты по определению теплопередачи показали, что радиальнотемпературный профиль в реакторах с неподвижным слоем имеет параболическую форму. Более того, наибольшее торможение процесса теплопередачи наблюдается около стенки трубки. Для условий, характеризующихся высокими числами Рейнольдса, полезно предположить, что все сопротивление теплопередаче происходит в тонком слое, прилегающем к стенке трубки. При таком допущении необходимо только найти коэффициент теплопередачи ки,, определяемый средней температурой реакционной смеси. В этих условиях расчет теплопередачи аналогичен расчету теплопередачи в неподвижном слое, обсуждавшемуся в разд. 9.3.2. Здесь следует совместно решить два уравнения — уравнение материально-энергетического баланса (136) и уравнение энергетического баланса (137). Приближенные расчеты такого рода дают более низкое значение степени превращения для той же самой глубины слоя катализатора по сравнению с более строгимр расчетами, в которых учитывается наличие радиальных температурных градиентов по всему сечению трубки. Если установлено, что тепло передается радиально от центра трубки к ее стенке, то уравнение, описывающее продольный и радиальный теплоперенос, будет иметь вид уравнения (131), выведенного в разд. 9.3.2, а профиль концентрационной кривой будет описываться уравнением (117), приведенным в разд. 9.3.1. Совместное решение этих уравнений и соответ- [c.425]

В случае газофазных реакций на твердых катализаторах реакторы с псевдоожиженным слоем имеют определенное преимущество перед реакторами периодического действия или трубчатыми реакторами непрерывного действия. Кроме преимущества, определяемого легкостью механического перемещения катализатора, высокий коэффициент теплопередачи от стенки к слою обеспечивает легкость теплопоглощения или теплоотдачи. Более того, вследствие движения твердых частиц весь газ находится в реакторе, по существу, при одной и той н е температуре, образуя с твердым телом непрерывную гомогенную фазу. Еще одно достоинство этого реактора заключается в том, что величина доступной внешней поверхности здесь больше, чем Б реакторе с неподвижным слоем, так что реакции, лимитирующиеся диффузией в порах, будут давать более высокие степени превращения в режиме псевдоожиженного слоя. В задачи данной книги не входит проведение обсуждения механики псевдоожижения, и мы дадим лишь ссылки на соответствующие работы и исследования, выполненные различными авторами 144—46]. Достаточно сказать, что при пропускании газа снизу вверх через слой твердого тела имеет место падение давления в этом слое, которое непрерывно усиливается но мере течения газа. В конце концов наступает момент, когда подъемная сила, действующая на твердые частицы, становится равной весу частиц. С увеличением скорости течения газа подъемная сила такя е возрастает и поток поднимает частицы, увеличивая нри этом объем зазоров между частицами в слое катализатора. Неподвижный слой продолжает в результате расширяться до тех пор, пока не достигнет состояния наиболее рыхлой упаковки. Любое дальнейшее увеличение скорости газа вызывает разделение частиц друг от друга, и они переходят в состояние свободного парения. Весь слой находится теперь в псевдоожиженном состоянии. Теперь уже любое увеличение потока газа не сопровождается соответствующим увеличением перепада давления, так как скорость потока газа при течении через зазоры между частицами уменьшается вследствие расширения слоя. Увеличение потока газа выше точки начала псевдоожижения вызывает увеличение объема пустот внутри слоя. В конце концов достигается точка, когда газ начинает прорываться через слой в виде пузырей. Псевдоожиженный слой становится тогда очень похожим на кипящую жидкость. Образующиеся пузырьки газа движутся вверх через твердые частицы, которые находятся теперь в состоянии непрерывного движения. В случае газофазных реакций, катализируемых твердыми катализаторами, для предсказания рабочих условий чрезвычайно важно знать распределение времени контакта газа по слою. [c.433]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология