Градиенты в реакторах

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]

При тепловых эффектах реакций выше 12о кДж/кг, с учетом теплопотерь во внешнюю среду, градиент температур в реакторе (разность температур между входом и выходом из реактора) может достигать 40 —50 °С, что способствует усилению нежелательных вторичных реакций расщепления углеводородов и сокращению диапазона варьируемых температур по мере отработки катализатора. В этом случае экзотермический характер превращений требует отвода теплоты из зоны реакции, поэтому выбирают секционную конструкцию реактора. [c.80]

Температура, С ва входе в печь на выходе из печи Градиент повышения температуры в реакторе, °С [c.105]

В качестве второго граничного условия ддя диффузионной модели является очевидное равенство нулю градиента концентрации на выходе реактора [c.62]

С возможностью естественной конвекции нужно считаться при процессах горения в шахтных топках и газогенераторах, при каталитических процессах в начальных участках реакторов с большим градиентом температуры и концентрации, в доменных печах, в тепловой изоляции в виде зернистой засыпки. [c.107]

Изменение концентраций во времени по длине реактора показано на рис. 2. Предполагается полное диспергирование и гомогенизация фаз, отсутствие температурных градиентов, застойных зон и т. д. При этом будет наибольшее различие между расчетным и фактическим временем пребывания частиц в реакционной зоне. [c.15]

До сих пор метод динамического программирования приводился для последовательного включения элементов процесса. Если число элементов процесса в схеме очень велико, удается рассматривать всю систему как одну аппаратурно-процессную единицу, в которой состояние главного потока изменяется непрерывно в направлении течения. Приведенный пример схемы последовательно соединенных реакторов дает понятие о возможности перехода ряда дискретных реакторов (смешения) в один трубчатый реактор (вытеснения), который уже был описан в гл. И. Теперь возникает вопрос каков оптимальный температурный градиент трубчатого реактора Ответить на него можно непосредственно, не приступая на основе общих рассуждений к динамическому программированию элемента процесса непрерывного действия. [c.349]

Гильберт [9] обращает внимание на возможность серьезной ошибки из-за различного времени пребывания в реакторе участков газа в центре и у стенок реактора, чтО вызвано наличием в ламинарном потоке градиента скорости. [c.62]

Вследствие затраты тепла на эндотермическую реакцию температура смеси углеводородных фракций и катализатора понижается с I до при продвижении этих потоков сверху вниз через рабочую зону реактора. Формула для вычисления температурного градиента [c.247]

Формула (У1И-291) является наиболее часто встречающимся видом проектного уравнения реактора периодического действия. Ею можно пользоваться в тех случаях, когда в реакционном пространстве не возникает значительных градиентов концентраций и температур или когда суммарную скорость превращения удается представить как функцию степени превращения а. Обычно изменение объема жидких систем во время прев ращения невелико, и в технологических расчетах им можно пренебречь. Тогда используется упрощенное выражение [c.300]

Для реакций более высоких порядков уравнение (V, 21) удобнее интегрировать числовым или графическим методами. Эти методы интегрирования необходимо также применять в тех случаях, когда уравнение (V, 14) не является достаточно точным. При небольших или средних градиентах давления потерю давления можно рассчитать, исходя из средней скорости потока в реакторе, и ввести среднее значение функции давления в кинетическое уравнение. Так, например, реакция второго порядка [c.149]

Расчет реактора, содержащего гранулированную массу, в принципе аналогичен расчету безнасадочного реактора вытеснения. Главное отличие, вероятно, заключается в том, что в гранулированном слое существует как продольный, так и поперечный градиенты температуры и концентрации (рис. [c.287]

Рис. УП1-20. Градиенты степени превращения и-температуры в реакторах [точка, изображающая среднее значение, имеет абсциссу (ч—1) по оси абсцисс отложен номер радиального шага интегрирования].

Природа псевдоожиженного слоя обусловливает высокую степень перемешивания, и, следовательно, выравнивание различных градиентов. Однако на практике могут встретиться самые различные режимы от идеального смешения до полного вытеснения, в зависимости, в основном, от размеров слоя. Помимо того, что перемешивание обусловливает некоторые нежелательные особенности реакторов с псевдоожиженным слоем, переход от опытной установки к промышленному аппарату не может быть сделан с полной уверенностью. [c.294]

Кратко остановимся на обстоятельствах, влияющих на характер поперечных градиентов. Если экзотермическая реакция протекает в цилиндрическом реакторе вытеснения, из которого тепло отводится через стенку путем внешнего охлаждения, то можно ожидать что профиль температуры будет иметь форму, сходную с профилем, приведенным на рис. 10 а, т. е. реагирующая среда будет более нагрета вблизи центра, чем у стенки. Может показаться поэтому, что поперечные градиенты не могут иметь места при отсутствии поперечного отвода тепла, т. е. в реакторе с идеально изолированными стенками. Однако при этом необходимо также учитывать градиент скорости. Поскольку жидкость или газ вблизи центра аппарата движутся быстрее, чем у стенки, повышение их температуры на данном участке по длине реактора меньше (так как реакция протекает слабее), и таким образом форма профиля температур получается обратной (рис. 10, б). (Более наглядно это можно представить ири рассмотрении холодного потока реагирующего газа, подаваемого в реактор, который дает шлейф, проходящий ио центру.) [c.52]

Поэтому теплопередача через стенку при наличии градиента скорости может при некоторых особых обстоятельствах давать более сложный температурный профиль, подобный изображенному схематически на рис. 10, в. Однако обычные профили, получаемые при экзотермических реакциях в реакторах с внешним охлаждением, больше соответствуют приведенным на рис. 10, а. Экспериментальные данные этого рода приводились выше (см. рис. 3). [c.53]

В 2.3 отмечалось, что отклонение от модели идеального вытеснения происходит по трем различным причинам при возникновении поперечных градиентов температуры, при наличии продольной и поперечной диффузии и поперечных градиентов скорости. В 2.4 и 2.5 рассматривался первый и, несомненно, самый важный из этих факторов особенно это относится к реакторам с неподвижным слоем катализатора. При этом указывалось, что в таких реакторах необходимо также учитывать поперечную диффузию. Перейдем теперь к рассмотрению влияния продольной и поперечной диффузии, ограничившись кратким и, в основном, качественным рассмотрением вопроса. [c.59]

В общем случае поперечная диффузия уменьшает колебания концентрации по поперечному сечению и, следовательно, приближает параметры реактора вытеснения к параметрам, которые имели бы место в реакторе идеального вытеснения. Влияние продольной диффузии противоположно, поскольку концентрация реагента уменьшается от входа в реактор к его выходу. Направление продольного градиента концентрации таково, что, благодаря диффузии, реагент перемещается к выходу из реактора несколько быстрее, чем это имело бы место, если бы он перемещался с основным потоком. [c.59]

Третий вид отклонения от модели идеального вытеснения обусловлен градиентами скорости, направленными перпендикулярно движению потока. В любом типе реактора вытеснения, имеющего непроницаемую стенку, скорость жидкости или газа у стенки реактора всегда будет меньше, чем вблизи его центральной части. Отсюда следует, что элементы жидкости или газа, движущиеся вблизи стенки, затрачивают на прохождение реактора больше времени и поэтому реакция в них протекает глубже. [c.64]

Может показаться, что градиенты скорости должны оказывать значительное влияние на работу реактора. В действительности их эффект обычно много меньше, чем эффект от поперечных градиентов температуры и поперечной диффузии, рассмотренных в предыдущих разделах. [c.64]

Если Ре( = 11, Р( ( = 2, то в присутствии насадки коэффициент продольной диффузии примерно в 5,5 раза больше коэффициента радиальной диффузии. Однако следует иметь в виду, что высота реактора обычно много больше его диаметра, и поэтому градиенты концентрации по длине реактора изменяются более плавно, чем по его радиусу. Говоря о возможности пренебрежения коэффициентом продольной диффузии, подразумевают малость его величины в отношении переноса вещества с основным потоком. [c.64]

Допустим, что длина цилиндрического реактора много больше его диаметра и по всей его длине можно принять параболический профиль скоростей. Поток через такую систему можно представить как движение бесконечного числа концентрических колец жидкости или газа (рис. 15, б). На рис. 15, а показано одно из таких колец с радиусами г и г + йг. Поскольку рассматривается влияние только градиента скорости, воздействие других обсуждавшихся выше факторов — изменение температуры и диффузия — полагаем пренебрежимо малым. [c.66]

При наличии радиального градиента температуры концентрация и температура как функции осевого и радиального положения точки могут быть получены решением системы уравнений (И, 22), (П,23). В этом случае для каждого сечения реактора следует принимать среднюю величину скорости реакции. В случае ламинарного режима концентрация является функцией осевого положения и радиального градиента температуры даже при изотермическом процессе. При этом профиль скоростей потока обычно имеет параболическую форму. [c.152]

Для сравнения рассчитанных градиентов температуры с истинными были проведены исследования в дифференциальном и интегральном реакторах. Массовая скорость газа составляла 1710 кг1 ч-м ), давление в системе 1 ат. Температура измерялась в осевом и радиальном направлениях, измерялась также зависимость степени превращения от длины слоя. Затем для сравнения результатов распределение температур и степень превращения рассчитывались по методу Гроссмана Исследовалось окисление ЗОа в 80з при отсутствии побочных реакций. В качестве катализатора использовалась платина на окиси алюминия в виде гранул диаметром 3 мм и высотой 18 мм. Теплота реакции составляла [c.154]

Исследование устойчивости каталитических реакторов осложняется наличием радиального градиента температуры. В случае большого перепада температур по радиусу устойчивость реактора необходимо контролировать на основе радиальных температурных профилей, рассчитанных при различных фиксированных осевых температурах. Тепловой баланс для кольцевого элемента объема, в котором осевой градиент температуры равен нулю, можно записать в виде [c.282]

Для размещения 10 м катализатора требовалось 2000 труб длиной 4,5 м. При этом вес реактора был весьма значительным сильно повышалась стоимость аппарата. Несмотря на малую толщину слоя катализатора, поперечный температурный градиент был велик и разность температур между стенкой и серединой слоя достигала 8—12 °С. При охлаждении обычной кипящей жидкостью температура хладоагента постоянна, и реакция протекает в основном в верхних слоя катализатора. Небольшое возрастание скорости газового потока вызывает увеличение тепловыделения и порчу катализатора вследствие перегрева. При нормальных условиях количество перерабатываемого газа не превышало 100 м ч на 1 м катализатора, причем скорость потока, отнесенная к пустому сечению, составляла 5—10 см сек. Производительность реактора, работавшего на 10 м катализатора, составляла 2 г углеводородов в сутки. Для повышения производительности были созданы условия, при которых теплоперенос осуществлялся не только при помощи теплопроводности через слой катализатора, но и путем конвекции. [c.346]

В рассматриваемой модели системы только ее граница на участке 1тп работает по разделению реакционной смеси. В самой же системе профиль концентраций произвольный для определенности можно ограничиться наиболее простым случаем — реактором идеального смешения. Тогда реакционная среда во всей системе однородна, градиент концентраций отсутствует. Для большинства еальных совмещенных процессов такой профиль концентраций не наблюдается. [c.189]

Одноступенчатый процесс гидрокрекинш вакуумных ДИС-.. тиллятов проводится в многослойном (до пяти слоев) реакторе с несколькими типами катализаторов. Для того, чтобы градиент темпере тур в каждом слое не превышал 25 °С, между отдельными слоями катализатора предусмотрен ввод охлаждающего ВСГ (квенчинг) и установлены контактно —распределительные устройства, обеспечивающие тепло— и массообмен между газом и реагирующим ПОТС ком и равномерное распределение газожидкостного потока над слоем катализатора. Верхняя часть реактора оборудована гасителями кинетической энергии потока, сетчатыми коробками и фильтрами для улавливания продуктов коррозии. [c.239]

Хлорирование пентанов производится в промышленности путем применения термического процесса. Безводная смесь изопентана и я-пентана испаряется и смешивается с газообразным хлором. Хлорирование завершается II реакторе типа трубчатки, в котором реакционная смесь проходит через градиент температур от 120 до 300°. Выходящие газы охлаждаются и фракционируются. Третичные галоидные алкилы подвергаются в процессе ректификации дегидрохлорированию, в результате которого образуются амилены при повторном проведении их через систему они хлорируются до хлористых аллилов. Конечный продукт представляет собой смесь всех возможных амилхлоридов, которые можно получить из н- и изопентанов, непредельных амилхлоридов и полихлорпептанов, состоящих преимущественно из дихлоридов [15]. [c.58]

Непрерывнодействующие реакторы вытеснения представляют собой один или несколько каналов, соединенных параллельно. Для этих реакторов характерно постоянство градиента концентраций в каждом сечении аппарата и плавное измен ие этого градиента в направлении потока реагентов, в противоположность нулевому градиенту в каждом аппарате и ступенчатому изменению концен- [c.115]

Прохождение потока ингредиентов в проточных реакторах может сопровождаться заметными потерями давления, особенно в случае газов или газожидкостных смесей, как, например, при крекинге углеводородов. Этот случай разобран в примере У-5, а более точный метод расчета градиента давления дан Ченоветом и Мартином . Здесь будут рассмотрены только однофазные жидкости. [c.146]

Из рис. У-5 видно, что при предварительном быстром нагреве степень превращения повышается по сравнению с равномерным нагревом при одинаковом суммарном расходе тепла. В данном примере выбор тепловых нагрузок 37 800 и 12 600 вт1м был сделан неудачно, поэтому температура жидкой фазы уменьшилась в последней секции печи. В общем случае отрицательный температурный градиент вдоль реактора будет приводить к образованию кокса на поверхности труб. Выбор тепловых потоков плотностью 31 460 и 8670 вт1м возможно улучшит температурный режим печи по сравнению с равномерным подводом тепла (25 200 вт/м ). [c.163]

VI И-19), тогда как в безна-садочных реакторах поперечные градиенты, как правило, не наблюдаются (см. стр. 287 ). [c.287]

Рис. УП1-19. Радиальные и продольные градиенты температуры и концентрации в слое катализатора Фишера—Тропша при 200 °С в реакторе вытеснения [по шкале О—15 отложены (в °С) приращения температуры в слое по сравнению с начальной температурой по шкале О—4 отложены (в м) расстояния по оси слоя по шкале О—10 отложены (в мм) расстояния по радиусу слоя]1 2.

При местном повышении температуры катализатор, чувствительный к ней, дезактивируется. Если температурные градиенты оказывают вредное действие, реактор мбжёт быть сконструирован в виде большого количества труб малого диаметра, заключенных в общем кожухе и омываемых теплоотводящей средой. Конечно, эта конструкция дорогостоящая, но легкого выхода из положения нет. [c.293]

При необходимости поддержания градиента концентраций применить реактор в виде пучка параллельных труб диам ч 75—100 мм, через которые проходит газ, создающий псевдооя кЬ ние. Уровень слоя должен быть выше края труб для удо Н слива. Могут быть также использованы многоступенчатые [c.295]

Причиной неприменимости метода элементарных объемов при значительных поперечных градиентах температур является высокая чувствительность скорости реакции к изменению температуры. Рассмотрим, например, какие выводы можно сделать из данных Смита по измерениям температур, приведенных на рис. 3. Эти данные получены в реакторе вытеснения при окислении двуокиси серы. Установлено, что при температуре стенки реактора 197°С температура вблизи его оси на 300°С выше. Поскольку энергия активации этой реакции составляет около 20 ккал1г-моль, значения константы скорости в горячей зоне и у стенки находятся в соотношении [c.53]

Для случая неаднабатнческих реакторов и реакторов, снабженных рубашками, простейший метод, позволяющий в первом приближении учесть изменение температур, предусматривает допущение о локализации этих градиентов у стенки. Иными словами, предполагается, что по поперечному сечению реагирующей среды температура системы имеет постоянное значение Т( (как это имеет место в реакторе идеального вытеснения), но у стенки она меняется до значения Тц7, причем изменение носит ступенчатый характер (рис. 10,г). Такое допущение, несомненно, является весьма грубым, хотя оно и лучше допущения о равенстве и Т у. С учетом сказанного расчет адиабатического реактора проводят так же, как и реактора идеального вытеснения (как это указано в 2.2, а также в Приложении II к настоящей главе), с той лишь разницей, что теперь в уравнение теплового баланса вводится член, характеризующий теплопередачу через стенку. Для наглядности рассмотрим цилиндрический реактор вытеснения, у которого 11А — площадь стенки, соответствующая элементу объема реактора с1Уг, приведенного на рис. 9. Если г — радиус цилиндра, то нетрудно видеть, что ёА =2с1Уг/г. Следовательно, количество тепла, перенесенного от среды к стенке в элементе йУг, будет равно [c.54]

Прежде чем рассматривать данный метод по существу, необходимо упомянуть, какую цель преследовал Бейрон. Дело в том, что любое допущение об изменении температуры по поперечному сечению неизбежно влечет соответствующее допущение о поперечной диффузии реагента. Высокая температура и большая скорость реакции в центральной части цилиндрического реактора приводит к быстрому расходованию реагентов в этой зоне. Тем самым создаются предпосылки для резкого изменения поперечных градиентов концентрации, которые приводят к радиальной диффузии реагента и продукта реакции соответственно к центру и периферии потока. Если бы не существовало этих диффузионных потоков между центральными и периферийными зонами, то центральные зоны стали бы почти неактивными вследствие того, что на некотором расстоянии от входа в реактор концентрация реагента упала бы почти до нуля (рис. 11). Очевидно, любой метод расчета, учитывающий поперечные колебания температуры без одновременного рассмотрения поперечной диффузии, дает завышенные размеры реактора. [c.55]

Как уже отмечалось, поперечную диффузию, обусловленную наличием насадки, следует учитывать в связи с поперечными градиентами температур. Необходимость учета продольной диффузии при расчете реакторов существенно зависит от соотношения его длины и размера зерен. Если это отношение равно или больше 100, что обычно имеет место на практике, то влиянием продольной диффузии можно пренебречьОднако в тонких слоях эффект может оказаться значительным [9, стр. 95]. К числу реакторов вытеснения с исключительно тонкими (в указанном смысле этого слова) слоями катализатора относится аппарат, применяемый для окисления аммиака. В нем реагирующий газ проходит всего через три или четыре слоя платиново-родиевой сетки, используемой в качестве катализатора. Если бы не влияние продольной диффузии, то для 100%-ного окисления аммиака хватило бы и меньшего числа таких сеток. [c.64]

Можно утверждать, что во всех случаях, когда температуру реакционной смеси по всему поперечному сечению реактора удается поддерживать приблизительно постоянной, ошибки в расчете на основе модели идеального вытегнения, возникающие вследствие других причин (диффузия и градиент скорости), не очень велики, если только длина реактора значительно больше его диаметра. Однако если температура существенно изменяется в поперечном направлении, всегда могут возникнуть очень большие ошибки, поскольку у большинства реакций константа скорости сильно зависит от температуры. [c.73]

Если можно пренебречь диффузией вдоль оси реактора и принять йг г) = onst (перемешивание в поперечном направлении настолько интенсивно, что радиальные градиенты температуры и концентрации отсутствуют), получим идеальную проточную трубу с поршневым движением потока (модель идеального вытеснения) здесь г — радиус. Очевидно, что в действительности идеальных проточных труб, так же как и идеальных смесителей, не существует. Во всяком случае, при составлении баланса можно ограничиться односторонним осевым движением потока в направлении 2 и придать уравнениям баланса после учета условий (11,21) и упрощения следующий вид [c.152]

Из давно применяющихся методов здесь следует упомянуть методы Хэлла и Смита а также Ирвина, Олсона и Смита , опубликованные в 1949 и 1951 гг. Описываемые методы ставили своей задачей определение длины слоя катализатора, необходимого для получения заданной степени превращения, а также вычисление степени превращения для заданной длины слоя как функции таких параметров, как скорость потока, исходный состав вещества, температура и давление на входе реактора. Расчеты проводились для неизотермического и неадиабатического процессов. В этом случае, вследствие потока тепла через стенки реактора, возникает поперечный температурный градиент, причем разность температур в радиальном направлении может быть значительной. Необходимо иметь возможность определения температурного профиля в осевом, и радиальном направлениях. Для получения данных, необходимых для проектирования, и прежде всего скорости реакции как функции температуры, давления, состава, а также эффективного коэффициента теплопроводности, требовались соответствующие экспериментальные исследования. В настоящее время теория и эксперимент, относящиеся к проблемам теплопроводности, получили значительное развитие. До недавнего времени, однако, эти данные были довольно ненадежными, а соответствующие методы расчета еще и сегодня нельзя считать достаточно завершенными. [c.153]

Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов Издание 2 (1967) -- [ c.110 , c.112 , c.113 ]

Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов Издание 2 (1967) -- [ c.110 , c.112 ]

Химическая кинетика м расчеты промышленных реакторов Издание 2 (1967) -- [ c.110 , c.112 , c.113 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология