Перенос тепла в реакторе

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]

Ранее было отмечено, что циркулирующий на крекинг-установке катализатор используется не только для ускорения реакций превращения сырья, но и для переноса тепла из регенератора в реактор. При прочих одинаковых условиях с повышением скорости циркуляции катализатора увеличивается количество тепла, отводимого из регенератора и вносимого в реактор. Тепловые балансы этих аппаратов взаимно связаны. [c.278]

I —перенос тепла теплопроводностью (первый порядок)-, 2 —параллельные или. последовательные реакции первого порядка-, 3 —единичная стадия смешения первого порядка 4, 7 — последовательные и параллельные многостадийные процессы 5 —последовательности тепловых стадий 6 — многостадийные последовательности перемешивания 8 — кинетические зависи мости, являющиеся функцией температуры 9 —кинетические закономерности второго и высших порядков 10— проточный (трубчатый) реактор I — непрерывно и периодически действующие реакторы с перемешиванием 2 —реакторы для гетерогенного катализа [c.117]

Книга включает разделы, посвященные переносу тепла, устойчивости работы реакторов, оптимизации и регулированию, которые помогут читателю получить ясное представление о факторах, влияющих на протекание химической реакции в промышленных реакторах, еще до изучения математических методов, столь важных для точного инженерного расчета реакторов. [c.2]

На пути к решению этой задачи имеются очень большие трудности. Реальный процесс обычно значительно сложнее идеализированных моделей, рассматриваемых теорией. Кинетические закономерности, лежащие в основе тех или иных промышленных процессов, во многих случаях известны далеко не полностью. Поэтому прежде чем окажется возможным проведение расчета реактора для конкретного промышленного процесса, необходим тщательный анализ реальной очень сложной и запутанной картины, существующей в промышленных условиях, необходимо хорошо понимать макрокинетические закономерности, лежащие в основе анализируемого конкретного процесса. Успехи в области изучения явлений переноса тепла и массы позволяют теперь более строго подходить к расчету промышленных реакторов. Это особенно важно в настоящее время, когда в промышленности многотоннажных химических продуктов имеет место тенденция перехода к агрегатам большой единичной мощности. [c.3]

Однако, даже если старение катализатора незначительно, регулирование переноса тепла в реакторе с целью создания оптимальной температурной последовательности все равно остается чрезвычайно сложной задачей. Из третьего столбца приведенной выше таблицы видно, что скорость реакции по длине реактора может меняться в сотни тысяч раз следовательно, тепло из слоя катализатора необходимо отвадить с соответствующей скоростью. Добиться непрерывного изменения теплоотвода чер-эз [c.148]

В соответствии с этим перенос тепла в теплообменнике должен быть как можно более интенсивным, а поверхность теплообмена минимальной при данных условиях. Кроме упомянутой основной задачи существует также другая, не менее важная — проведение процесса при оптимальной температуре. Решение этой задачи осложняется неравномерностью выделения тепла по длине реактора. [c.324]

Влияние процессов переноса тепла и массы на процессы химического взаимодействия приводит к появлению у реактора дискретных стационарных состояний, когда поглощение реагентов и выделение тепла в ходе реакции компенсируется потоком массы из транспортной [c.171]

Преимуществом трубчатого реактора с внутренним диаметром 12 мм является относительно небольшая толщина стенки, даже при высоких давлениях, что обеспечивает лучший перенос тепла. Нагревающую или охлаждающую рубашку можно сконструировать и для высокого давления. В большинстве случаев достаточно давления 2,8 МПа (28 атм), хотя охлаждающую рубашку можно приспособить и для более высоких давлений. [c.68]

В отличие от обычного дегидрирования процесс окислительного дегидрирования является сильно экзотермическим, и для обеспечения теплоотвода его следует проводить в трубчатом реакторе. В режиме окислительного дегидрирования можно избежать некоторых трудностей, указанных выше при обсуждении обычного дегидрирования. Очевидно, что исчезают необходимость во внешнем обогреве и осложнения, связанные с переносом тепла от внешней зоны реакции к внутренней. Отложение углистых веществ при окислительном дегидрировании происходит в меньшей степени. Очень важно, что при окислительном дегидрировании образуются монооксид углерода и вода. Это [c.133]

Повышенные температуры могут также ослаблять конструкционные материалы, в результате чего оборудование деформируется и иногда даже разрушается. В случае эндотермических реакций существует проблема переноса тепла через стенки реактора к реагентам, находящимся внутри аппарата. Все это обычно означает, что обжиг следует проводить чрезвычайно осторожно, а в некоторых случаях пламя нужно использовать крайне осмотрительно во избежание образования окалины или истирания металла. В окислительном пламени окалина образуется очень часто. В результате такой обработки металл слегка окисляется, что и ведет к образованию окалины и отслаиванию. металла. [c.134]

Мещеряков В. Д. Нес-ледование процессов переноса тепла и вещества в реакторах с организованным псевдоожиженным слоем катализатора. Канд. дис. Новосибирск изд. ИК СО АН СССР, 1976, 138 с. [c.65]

Рассматривается математическая модель двумерного реактора, учитывающая распределение температуры и концентраций внутри зерна катализатора, перенос тепла по скелету катализатора и неравномерность распределения температуры и концентраций веществ по радиусу реактора. [c.168]

Реакторы с программированным тепловым режимом (неадиабатические). Некоторые реакции протекают в оптимальных условиях, если реактор фиксирует программу температур. Случай этот часто встречается при крекинге углеводородов, например, пропана в этилен и пропилен. Для проведения таких реакций обычно используют трубчатые реакторы с полным вытеснением. Так как рассматриваемые реакции являются эндотермическими, то, чтобы не снижать производительность реактора, пх проводят в адиабатическом режиме, с поперечным переносом тепла. Перенесенное через стенки тепло должно распределяться таким образом, чтобы создать увеличивающийся по длине реактора профиль температуры и компенсировать тем самым частичное снижение скорости реакции, возникающее вследствие уменьшения количества реагентов в ходе реакции (см. рис. П-ЗЗ). [c.63]

В полиэтилентерефталат. Реакция с умеренным тепловым эффектом проходит при высокой температуре, достигающей в конце процесса 265° С. Повышенная вязкость заставляет вести перемешивание так, чтобы стенки реактора, через которые происходит перенос тепла от слоя растворенных полимеров, постоянно очищались от образующейся пленки. [c.131]

Наиболее важным способом обеспечения оптимальных температур в каталитических изотермических реакторах является поперечный (радиальный) перенос тепла. [c.253]

В реакторе, охлаждаемом или нагреваемом снаружи, поперечный II продольный перенос тепла происходит несколькими путями [c.254]

Принимаем реактор в форме усеченного конуса с верхним основанием, равным двум нижним (диаметры, соответственно, 0,133 и 0,189 м). Высота слоя катализатора 1 м. Поверхность переноса тепла равна [c.313]

Радиальный перенос тепла и вещества в адиабатических реакторах отсутствует, однако при наличии теплоотвода он происходит. Рассмотрим материальный баланс элементарного объема зернистого слоя по -му компоненту. [c.42]

Условия процесса могут быть постоянными по всему сечению реактора только при хорошем поперечном перемешивании реагирующей смеси. Последнее обычно описывается эффективным коэффициентом поперечной диффузии Е . В неподвижном слое поперечное перемешивание вызывается разделением и слиянием потоков при обтекании твердых частиц. Анализ этого процесса с помощью метода случайных блужданий приводит к значению радиального числа Пекле Ре = vdJE , равному — 8. В многочисленных экспериментальных исследованиях в неподвижных слоях без химических реакций были найдены числа Пекле от 8 до 15 причем при Ке > 10 число Пекле не зависит от числа Рейнольдса. Это подтверждает предположение о том, что поперечное перемешивание является чисто гидродинамическим эффектом. Числа Пекле для переноса тепла те же, что и для переноса вещества, а это говорит о пренебрежимо малой роли твердых частиц в процессе поперечной теплопроводности. С уменьшением числа Рейнольдса ниже 10 число Пекле сначала возрастает, но затем начинает уменьшаться, так как при [c.263]

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]

Можно также написать дифференциальные уравнения, описывающие выделение и перенос тепла в реакторе. В отличие от периодическидействующего и трубчатого реакторов управление аппаратом этого типа сводится к поддержанию той температуры, которая обеспечивала бы оптимальный выход целевого продукта. [c.46]

Выбор оптимальной конструкции химического реакт м далеко не простое дело. Знать кинетику реакций, лежаЭ цх Ценове того или иного процесса,— хотя это само по себе важно ще не значит уметь осуществить промышленный вариант процст к , поскольку протекание химической реакции в промышленном реакторе всегда осложняется переносом тепла и массы. Помимо кинетических данных, необходимо располагать расчетным методом, позволяющим выбрать тип химического реактора определенного размера, в котором желаемая реакция могла бы протекать в оптимальных условиях. [c.3]

Возможно, такой подход может оривегти (К некоторо му упрощению проблемы. Многие промышленные реакторы значительно сложнее рассматриваемых идеализированных типов кроме того, при [расчете реакторов необходимо учитьивать такие важные факторы, как перенос тепла, перепад давления, устойчивость, регулирование и т. д., которые автор мог (раосмоттреть лишь очень кратко. [c.5]

Фромент описывает некоторые эффективные механизмы переноса тепла и массы. В материальном балансе эти механизмы учитывают турбулентное двил<ение, в тепловом — излучение. Математически они могут быть описаны векторами потока, пропорциональными определяющим физическим величинам. Считая систему симметричной относительно оси, поток — равномерным по сечению, а физические свойства постоянными по всему объему реактора, можно написать балансовые уравнения для компонента А в цилиндрических координатах [c.212]

Проблемы переноса тепла, массы и количества движения в псевдоожиженном слое являются предметом многочисленных исследований, часто дающих противоречивые результаты. По этому вопросу имеется большое число публикаций обзорного характера и монографий, например книги Ценца , Лева , Циборовского , Беранека и др. Не повторяя основные представления теории псевдоожиженного слоя, остановимся только на применении реакторов этого типа в тех случаях, когда обычно применяется неподвижный слои. [c.349]

Приняты следующие допущения 1) слой катализатора адиа-батичен 2) при входе в слой катализатора газовый поток полностью перемешен 3) слой катализатора рассматривается как квазигомогенная среда 4) давление в реакторе рассматривается постоянным 5) обратный перенос тепла и массы в осевом направлении слоя не учытывается 6) активность катализатора изменяется медленно 7) при расчете реактора в качестве ключевых компонентов принимаются метанол СН3ОН, окись углерода СО и водород Н2. [c.328]

Перенос вещества в трубчатом реакторе не подобен переносу тепла, вследствие различия граничных условий на стенке реактора (VI.146). Поскольку сток вещества на стенке отсутствует, перепад концентраций по сечению реактора может быть вызван только различием скоростей реакции, связанным с перепадом температур. В первом приближении можно считать концентрацию постоянной по всему сечению реактвра. Тогда изменение концентрации по длине реактора определяется уравнением [c.254]

Возникновение множественных режимов, переход между которыми происходит скачкообразно при плавном изменении параметров процесса, и связанные с этим явления неустойчивости стационарных состояний представляют собой органический недостаток автотермических схем. Недостаток этот, очевидно, вызван характерным для автотермических реакционных узлов переносом тепла теплоносителем против течения реагирующей смеси, приводящим к задержке и возможному разрастанию случайных возмущений температурного режима процесса. Те же явления наблюдаются и в другой автотер-мической схеме, рассмотренной в разделе VIII.3, — адиабатическом реакторе с внешним теплообменником. Неустойчивость режимов возможна, хотя и значительно менее вероятна, и в тех технологических схемах, где тепло реакции отводится с помощью независимого теплоносителя. [c.357]

Здесь уравнения (4.62)—(4.66) описывают средние скорости изменения концентраций инициатора, радикалов, мономеров и суммарной степени превращения в частицах дисперсной фазы. Уравнение (4.67) описывает нестационарный перенос тепла от единичного включения к сплошной фазе. Уравнения теплового баланса (4.68)—(4.69) для реактора и рубашки составлены при допущении полного перемепшвания сплошной фазы в реакторе и теплоносителя в рубашке. Уравнение БСА (4.70) характеризует изменение в течение процесса функции распределения частиц дисперсной фазы по массам р (М, 1). В уравнениях (4.62)—(4.70) введены следующие обозначения / ( г) — эффективность инициирования X — суммарная степень превращения мономеров АЯ — теплота полимеризации — эффективная энергия активации полимеризации 2 — коэффициент теплопроводности гранул р . — плотность смеси — теплоемкость смеси — коэффициент теплоотдачи от поверхности гранулы к сплошной среде Оои сво — начальные концентрации мономеров кр (х) — эффективный коэффициент теплопередачи — поверхность теплообмена между реагирующей средой и теплоносителем, Ут — объем теплоносителя в рубашке Гу, и Тт — температура теплоносителя на входе в рубашку и в рубашке соответственно Qт— объемный расход теплоносителя V — объем смеси в реакторе — объем смеси [c.275]

За последнее десятилетие в СССР и некоторых зарубежных странах получила распространение отрасль науки — математическое моделирование химических реакторов и процессов. Ее успехи обусловлены, с одной стороны, совершенствованием экспериментальных. методов исследования кинетики химических превращений и скоростей переноса тепла и реагирующих веществ, а с другой, — стремительным развитием вычислительной математики и вычислительной техники. Сейчас математическое моделирование стало общим методом оптимального проектирования химической аппаратуры. Поэтому редактор перевода счел целесообразным дополнить книгу разделом, в котором в конспективной форме изложены основные идеи и этапы моделирования каталитических реакторов (глава XV), а также подробной библиографией работ по математическому моделированию химико-технологических процессов, опубликованных в 1965—1967 гг. В дополнении отражены главным образом исследования коллектива лаборатории моделирования Института катализа СО АН СССР, проведенные совместно с сотрудниками Института математики и ВЦ Сибирского отделения АН СССР, особенно работы В. С. Бескова, Т. И. Зеленяка, Ю. И. Кузнецова, В. А. Кузина, Ю. Ш. Матроса, В. Б. Скоморохова и А. В. Федотова. [c.11]

Температуру внутри трубки измерить трудно, поэтому в случае однорядного расположения катализатора приходится удовлетвориться измерением температуры в конце слоя. Для этого термопару можно ввести снизу. Карман термопары может также служить как опора слоя катализатора. Температуру в рубашке, окружающей трубку с катализатором, можно поддерживать постоянной, регулируя давление инертного газа вверху обратного холодильника. Нисходящая труба (правая на рис. 2) заполнена жидкостью, а в рубашке реактора жидкость перемешивается поднимающимися пузырьками п ара. Пар частично образуется в исиарителе, но основное его количество получается при испарении жидкости, поглощающей тепло экзотермической реакции в рубашке. Смесь жидкости и пара поднимается вверх под действием разности пшотностей, обеспечивая циркуляцию. Перенос тепла в рубашке происходит в режиме кипения и поэтому очень интенсивен, а лимитирует его коэффициент теплопередачи пограничного слоя у внутренней поверхности трубки с катализатором. Скорость циркуляции в термосифоне может быть в 10—15 раз выше скорости испарения заполняющей его жидкости. Это исключает значительную разницу температур и поддерживает температуру рубашки постоянной. В данном случае допущение о постоянной температуре стенки трубки с ка-тал 1затором достаточно обоснованно. При включении нагревания термосифона температура его нижней части может быть на 20—30°С выше, и о начале циркуляции можно судить по исчезновению разности температур между низом и верхом рубашки. [c.68]

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]

Модели переноса вещества. Интенсивные исследования процесса псевдоожижения, проводившиеся в последнее десятилетие, значительно прояснили сущность основных явлений, имеющих место в слое, позволили вскрыть механизм переноса тепла и вещества и удовлетворительно их описать, однако не привели еще к созданию достаточно общей и пшрокой математической модели, которая моглд бы лечь в основу проектирования реакторов. [c.45]

Математическая постановка задачи. Рассмотрим разностные методы решения системы дифференциальных уравнений, оннсы-вающнх процессы тепломассонереноса в двумерном реакторе с неподвижным слоем катализатора. При этом будем учитывать распределение температуры и концентраций внутри зерна катализатора, перенос тепла по скелету катализатора и неравномерность распределения температуры и концентрации веществ по радиусу реактора. Естественным обобщением модели, предложенной в [1], на случай двумерного неадиабатического реактора будет следующая система дифференциальных уравнений [c.128]

Предполагают, что перенос тепла и вещества в направлении газового потока осуществляется лишь при помощи вынужденной конвекции. Принимается также, что из-за высокой скорости тепломассопередачи между газом и зерном катализатора температурными и концентрационными перепадами между ними можно пренебречь. Другим обычным допущением является предположение о том, что градиенты по радиусу реактора для слоя катализатора, работающего даже в неадиабатических условиях, отсутствуют. Наконец, всегда предполагают, что процесс выжига протекает без изменения реакционного объема. Кроме того, рассматривается только одна химическая реакция, кинетическое уравнение для скорости которой (и, мольм с ) имеет вид (4.2). [c.83]

В работе излагаются результаты расчетно-теоретического исследования аэротермохимического процесса в радиальном реакторе на основе построенной математической модели. Изучено влияние неравномерности распределения реагирующей смеси на перенос тепла и вещества в каталитическом слое при протекании экзотермической реакции. Показано, что из-за неравномерности распределения потока могут существовать одновременно различные температурные режимы. Приведены профили скорости гетерогенно-каталитической реакции и температуры при разных степенях неравномерности фильтрационной скорости. Ил. 6. Библиогр. 16. [c.174]

Влияние размеров зерен катализаторов. Первоначально изучалось влияние размеров зерен йз на характеристики стационарных режимов процесса синтеза аммиака. Расчеты выполнялись для первого слоя двухполочного аппарата со временем контакта 0,064 с. Скорость фильтрации реакционной смеси, пересчитанная на нормальные условия, 4,56 м/с. При увеличении размеров зерна катализатора с 5 до 10 мм степень превращения на выходе из первого слоя уменьшалась с 13,2 до 9,7%, что связано с уменьшением степени использования внутренней поверхности зерна катализатора, обусловленного наличием диффузионного торможения. Температурные градиенты внутри зерна в стационарном режиме невелики и в зоне максимальных температур градиентов по слою не превышают 1 (для зерна 2 мм) и 3°С (для 5 мм зерна). Для зерна катализатора размером 10 мм температурный перепад в зерне достигает 6°С в стацпонарном режи.ме. Однако перенос тепла внутри зерна не оказывает заметного влияния на характеристики стационарного процесса. Например, были выполнены расчеты стационарного режима (для зерна 2 мм) и 3°С (для зерна 5 мм). Для зерна катализатора проводности Яз = 0,5-10 ккал/(м с град). При этих значениях параметров в зерне образуется перепад температур между поверхностью и центром 6° (если зерно находится в зоне максимальных температурных градиентов по длине слоя). На выходе из первого слоя двухполочного реактора оптимальная степень превращения достигала 2 = 9,7% аммиака, а температура Г = 474°С. Для изотермического зерна катализатора выходные характеристики первого слоя составляли соответственно 2 = 9,6% и Г = 472°С. Таким образом, при расчетах стационарных режимов зерна катализатора можно считать изотермическими. [c.212]

Трудности появляются тогда, когда снижение давления при прохождении газа через слон катализатора становится значительным. Практически наиболее трудным является случай адиабатиче-скнх реакторов, в которых при прохождении смеси через слой катализатора скорость реакции изменяется вследствие изменений концентрации, температуры и давления. Еще более трудно вести расчет, если необходимо учитывать также перенос тепла через стенки. Эти задачи решаются с помощью метода конечных разностей, описанного при интегрировании дифференциальных уравнений теплового баланса (см. стр. 257). [c.293]

Решенце. в реакторе с движущимся слоем должно выделяться такое же количество тепла, как и в реакторе с неподвижным слоем, имеющем поверхность переноса тепла, равную [c.312]

В реакторах с косвенным теплообменом менаду реагентамп и теплоносителем имеется разделительная поверхность, через которую происходит перенос тепла. [c.363]

Для описания процесса в реакторе с неподвижным слоем катализатора в общем й)1учав применима двухпараметрическая диффузионная модель, учитывающая продольный и радиальный перенос тепла и ве- [c.73]