Моделирование и подобие реакторо

ПОДОБИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ [c.339]

Глава X. Подобие и моделирование химических реакторов [c.340]

Реактор в натуре имеет более удлиненную форму, чем в модели. Если рассматривать моделирование гетерогенных реакторов при условии полного подобия модели и натуры с одновременным учетом конвективного и радиационного теплообмена и диффузионного массообмена, то решение невозможно. Задачу приходится упростить, и получаемые результаты следует рассматривать как приближенные из-за отсутствия геометрического подобия и сложности теплообмена. [c.198]

Правда, иногда условия работы реактора оказываются такими, что влиянием большинства факторов можно пренебречь, поскольку лишь один из них определяет лимитирующую стадию процесса. В этих случаях условия подобия упрощаются, и создание модели на основе теории подобия вполне возможно. Однако, к сожалению, такие случаи встречаются не слишком часто. Поэтому моделирование химических реакторов стало представляться бесперспективным. Не случайно по сложившейся традиции вузовский курс процессов и аппаратов химической технологии не включает раздела реакционных аппаратов. Этот курс построен на единой методической основе — теории подобия, и долгое время для реакторов в нем не находилось места. [c.16]

Моделирование каталитических реакторов в псевдоожиженном слое является чрезвычайно сложной задачей. Помимо геометрического подобия и равенства отношений физических параметров на входе в реактор и выходе из него, необходимо подобие полей концентраций, температур, пористости катализатора. [c.232]

Для определения основных размеров химических реакторов необходимо иметь полное математическое описание (полную знаковую модель) в виде системы дифференциальных уравнений материальных балансов для компонентов реакционной смеси и дифференциального уравнения теплового баланса, учитывающих гидродинамическую структуру потока, а также кинетические уравнения теплообмена, массообмена и химических реакций. Вследствие сложности математического описания [16, 54] математическое моделирование большинства нефтехимических объектов проводят, применяя упрощающие допущения. С другой стороны, полное физическое моделирование работы реакторов с целью использования данных, полученных на лабораторной модели для проектирования промышленного реактора, практически невозможно из-за необходимости обеспечения одновременного равенства большого числа критериев гидродинамического, теплового, массообменного и химического подобия. Последнее требование оказывается невыполнимым вследствие несовместимости некоторых критериев подобия. [c.167]

Исторически в исследованиях наибольшее распространение получил метод физического моделирования, согласно которому связи между физическими величинами устанавливаются только в пределах данного класса явлений. В таком случае основные уравнения, опис ыв щие процесс, преобразуются в группу критериев подобия, которые являются инвариантными к масштабам реактора. Это позволяет результаты исследований на модели переносить (масштабировать) на промышленный аппарат. Поскольку химический процесс характеризуется одновременно р личными классами физических и химических явлений, то при физическом моделировании его с изменением масштаба физической модели реактора инвариантности критериев подобия достичь не удается. Стремление сохранить при изменении масштабов постоянство одних критериев приводит к изменению других и в конечном счете к изменению соотношения отдельных стадий процесса. Следовательно, перенос результатов исследования с модели реактора на его промышленные размеры становится невозможным. При математическом моделировании указанное ограничение автоматически снимается, так как необходимости в переходе от основных уравнений к форме критериальной зависимости здесь нет, нужно иметь лишь описание химического процесса, инвариантного к масштабам реактора. При этом количественные связи, характеризующие процесс, отыскиваются в форме ряда чисел, получаемых как результат численного решения на электронных вычислительных машинах. [c.13]

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]

Монография посвящена одной из самых актуальных проблем современной химической технологии — расчету аппаратуры каталитических процессов на основе количественного описания физико-химических явлений в реакторах. В книге подробно рассмотрены теория и методы расчета химических реакторов для контактных процессов, вопросы использования математического моделирования и методов теории подобия при оптимальном проектировании и проектировании конкретных аппаратов для процессов синтеза аммиака, окисления двуокиси серы, каталитического крекинга нефтяных фракций и др. [c.4]

В общем случае из-за изменения соотношения отдельных стадий процесса в реакторе масштабный переход на основе физического подобия и физического моделирования осуществить нельзя. Поэтому для масштабного перехода к укрупненным, опытным и полупромышленным установкам ранее использовали преимущественно эмпирический метод постепенного увеличения размеров реакторов. Однако вследствие отсутствия при таком подходе научного предвидения результатов протекания процесса число стадий его оказывалось значительным, что приводило к большим затратам времени и средств и не позволяло достигнуть оптимальных результатов. [c.466]

Однако сложность гидродинамической обстановки в аппаратах взвешенного слоя предопределяет особый подход к их моделированию. Существующие модели реактора со взвешенным слоем отличаются различными степенями его идеализации. При обработке результатов исследования каталитических процессов на лабораторном реакторе используют два пути 1) считают, что лабораторный реактор подобен промышленному, тогда возможно сделать масштабный переход на основе теории подобия 2) на основании принятой модели структуры слоя составляют систему дифференциальных уравнений материального баланса элемента слоя, для которой ряд коэффициентов определяется на основании лабораторных исследований. [c.115]

Принципы аналогии. Сущность математического моделирования. Для весьма сложных химико-технологических процессов, проводимых, например, в химических реакторах с катализаторами, подобное преобразование дифференциальных уравнений приводит к выводу зависимостей между большим числом критериев подобия. Надежное моделирование таких процессов на малой опытной установке с последующим распространением полученных данных на производственные условия, т. е. применение изложенных выше принципов физического моделирования, практически невозможно. Причина этого станет ясна на примере более простого случая — гидродинамического подобия (см. стр. 81). [c.74]

Виктор Вячеславович развил теорию массопередачи, ввел новые критерии подобия с учетом турбулентного переноса и представлений о факторе динамического состояния поверхности, рассмотрел вопрос о моделировании гидродинамических, тепловых и диффузионных процессов в химических реакторах на основе теории подобия (1963 г.) и показал недостаточность этой теории для моделирования химических гфоцессов, обосновал (1960-1970 гг.) системные принципы моделирования химических процессов [c.10]

На смену такого рода перманентным эмпирическим поискам пришли теоретические методы, первым из которых следует назвать моделирование на основе теории подобия. И хотя этот метод подвергался критике за то, что он учитывал лишь одни физические факторы работы реакторов, пользу, которую он принес хотя бы как один из этапов на пути к современным системным методам масштабного перехода, отрицать невозможно. [c.273]

Рещение полного уравнения в сочетании с аналогичным уравнением для теплопередачи дает самое общее и точное математическое описание реакции в потоке. К сожалению, в общем виде эта задача не решается и приходится прибегать к различным упрощенным методам и приемам. Решение этой задачи принято называть математическим моделированием химической кинетики. Оно позволяет также решать очень важный вопрос об изменениях в кинетике при переходе от одного (например, меньшего) реактора к другому (большему), т. е. установить принципы подобия кинетики химических реакций. Это имеет первостепенное значение при переходе от лабораторных к промышленным реакторам. [c.268]

Распределение температур в контактных реакторах зависит от распределения газового потока по сечению и, в случае смешения газов с различными температурами,— от способов их смешения. В аппаратах, включаю-ш,их теплообменные устройства, распределение температур зависит также от условий теплообмена. Расчет реакторов более совершенных конструкций в гидродинамическом и тепловом отношении затрудняется тем, что известные из литературы коэффициенты гидравлического сопротивления и теплопередачи для элементарных участков аппаратов недостаточны, чтобы при проектировании сложных конструкций многослойных и с внутренним теплообменом контактных реакторов можно было определить оптимальные условия движения газовых потоков и теплообмена. Картину движения газов и теплопереноса в аппарате можно получить только в моделях, рассчитанных но правилам моделирования, основанным на теории подобия. [c.272]

Для создания рациональных конструкций контактных реакторов не. обходимо предварительно или в процессе проектирования прибегать к гидродинамическому и тепловому моделированию. На моделях действуюш их аппаратов успешно могут быть устранены недостатки, выявленные в процессе их эксплуатации. Ввиду того что осуществить геометрическое подобие сложных аппаратов, сохранив при этом постоянство коэффициентов вязкости и плотности, затруднительно, испытанию подвергались отдельные узлы и локально отдельные участки аппаратов. При этом кинематическое подобие в модели и образце с известной степенью приближения будет сохранено. [c.272]

Впервые моделирование было использовано в аэро- и гидромеханике [4-7]. С этой целью была развита теория подобия, основанная на физическом моделировании, в котором природа процесса и модели одинаковая. В химической технологии физическое моделирование широко используют для изучения тепловых и диффузионных процессов [8]. В химическом реакторе протекают химические реакции, и происходит перенос тепла и вещества. Их взаимное влияние и результаты процесса зависят от размера и типа реактора. Поэтому для изучения химических процессов и реакторов теорию подобия [9, 10] применяют весьма ограниченно [11-13]. Для изучения этих процессов используют преимущественно математическое моделирование [11-16], поскольку оно позволяет тождественными уравнениями описывать свойства процесса различной природы. Математическая модель может быть знаковой, представленной уравнениями, и реальной, представленной физическим объектом, как правило ЭВМ. В дальнейшем под моделью подразумевается знаковая или реальная математическая модель, адекватно отражающая физико-химические превращения и явления переноса тепла и вещества в изучаемом процессе и используемая для масштабного перехода. Статистические модели, описывающие процесс как черный ящик , для этой цели не пригодны. [c.5]

С4ледовательно, прямое моделирование химических процессов с использованием критериальных уравнений оказывается практически невозможным, если требовать полного подобия модели и натуры — гидродинамического, теплового, диффузионного, геометрического и реакционно-кинетического. Моделирование химических реакторов в случаях частичного подобия подробно рассмотрено в [99]. В частности, при рассмотрении гомогенной реакции в трубчатом реакторе, коэффициент теплоотдачи в котором зависит от Не , при отказе от геометрического и гидродинамического подобия и соблюдения теплового, диффузионного и реакционно-кинетического подобия отношения размеров натуры и модели и скоростей потока в них составят [92, 99] [c.218]

Добиться полного подобия модели и образца удается в немногих простых случаях. Как правило, когда в аппарате проходит одновременно несколько элементарных процессов, условия подобия некоторых из них могут быть противоречивы. В таких случаях применяется приближенное моделирование. Оно основано на соблюдении условий подобия только наиболее важных процессов и соответствующих им полей физических величин (например, в реакторе — подобие химических превращений и полей концентраций реагентов). При повышении масштаба обычно приходится отказываться от геометрического подобия и довольствоваться геометрически родственными системами. Правильное осуществление приближенного моделирования также позволяет определить количественно ход процесса в большом масштабе, однако приходится считаться с тем, что при слишком большом расхождении масштабов может вoзникнytь значительная разница между моделью и образцом, обусловленная не учтенными нами явлениями (так называемые эффекты повышения масштаба). Иногда эти эффекты так велики, что ограничивают диапазон использования метода моделирования повышением масштаба всего лишь в несколько раз. [c.444]

При осуществлении процесса в неподвижном слое катализатора невозможно одновременно удовлетворять условиям физического и химического подобия. Однако в случае автомодельного режима относительно одних из указанных условий можно исключить последние из математической модели реактора. Так, для химически подобных процессов, протекающих во внешнедиффузионной области, применимы методы физического моделирования. При организации автомодельного режима относительно физических условий можно использовать модель идеального вытеснения, согласно которой процесс в слое идентичен процесссу в отдельнс зерне катализатора. [c.73]

Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов Издание 2 (1967) -- [ c.10 , c.324 ]

Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов Издание 2 (1967) -- [ c.10 , c.324 ]

Химическая кинетика м расчеты промышленных реакторов Издание 2 (1967) -- [ c.10 , c.324 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология