Гетерогенные процессы в стационарных реакторах

Проточные реакторы—наиболее распространенный тип реакторов, применяемых для экспериментального исследования гетерогенных каталитических процессов, потому что при стационарном состоянии легче контролировать режим и проводить анализы. Как отмечалось в начале книги, проточные реакторы могут быть интегрального и дифференциального типов. При анализе опытных данных, полученных при проведении процесса в дифференциальном проточном реакторе, можно пользоваться средними значениями парциальных давлений компонентов по всему объему аппарата или даже начальными значениями, что позволяет избежать осложнений, обусловленных изменением этих величин по мере протекания реакции. В том случае, если ни один из продуктов реакции не присутствует в исходной смеси, данные, получаемые при работе на дифференциальном реакторе, характеризуют начальную скорость процесса. [c.226]

Вторая задача, от которой непосредственно зависит успех создания эффективных искусственно создаваемых нестационарных процессов,— это дальнейшее развитие теоретических основ динамики гетерогенных каталитических реакторов. В нестационарных условиях гораздо сильнее, чем в стационарных, проявляется влияние процессов переноса вещества, тепла и импульса. Небольшие изменения, например, в условиях массо- и (или) теплообмена в зернистом слое катализатора могут привести к весьма заметным изменениям избирательности, степени превращения. Поэтому для осуществления нестационарных процессов требуется глубокое и ясное понимание всех физических процессов в реакторе. Количественное знание позволяет строить простые математические модели процессов в реакторах любой производительности. Кроме того, глубокое понимание всех основных закономерностей массо- и теплопереноса в реакторах позволяет создавать условия, благоприятно влияющие на показатели каталитического процесса. Нам представляется, что поиск таких условий эмпирически, на основе общих соображений нечасто будет приводить к заметным положительным эффектам. Особо важно отметить необходимость экспериментальных и теоретических работ по исследованию и количественному описанию поведения твердых частиц катализатора в реакторах, работающих в условиях псевдоожижения, пневмотранспорта, циркуляции частиц между реакторам н регенератором. Именно в таких реакторах легче организовать условия работы при нестационарном состоянии катализатора. [c.227]

Хорошо известна множественность стационарных состояний гетерогенных каталитических реакторов, в которых протекают одновременно химические, тепловые и диффузионные процессы [394]. Однако, как показывают проведенные исследования, и чисто кинетические факторы в химической системе, удовлетворяющей закону действия масс, без каких-либо дополнительных предложений, например, о воздействии реакционной среды на катализатор, могут быть причиной нескольких стационарных состояний. В этом случае система приходит в различные состояния в зависимости от того, в области притяжения какого из них находятся начальные условия. Такое сложное динамическое поведение обуславливается наличием в кинетической модели нелинейных членов специального вида, отвечающих стадиям взаимодействия различных промежуточных веществ [c.31]

Рассмотрим подробнее особенности протекания процесса в гетерогенном реакторе. Экономические требования диктуют проведение цроцесса с максимальными скоростями (производительностью) в пересчете на единицу объема реактора. В процессах, связанных с диффузией мономера (при растворении), поведение реакционной системы описывается диффузионной кинетикой. Скорость реакции для квази-стационарного состояния в диффузионной области определяется соотношением [c.281]

Первостепенную роль играет катализатор. Катализаторы, применяемые для гетерогенных процессов, помимо высокой активности должны обладать стабильностью, избирательностью дейстВ Ия, максимальной длительностью работы, легкостью регенерации и т. д. По способу применения катализаторы подразделяют на две группы стационарные и подвижные. При работе со стационарными катализаторами последние помещают в реакторы и через них пропускают гидрируемые вещества с водородом. С уменьшением активности катализатора его регенерируют в реакционных колоннах. [c.151]

Если заменить Гна и к Т)х на к Т)/ , то уравнение (4.124) будет полностью совпадать с уравнением (4.80), описывающем неизотермический процесс на поверхности твердой частицы в гетерогенном процессе, которое было проанализировано в разделе 4.7.2 о критических тепловых явлениях в гетерогенном процессе. Решение уравнения (4.80), как и уравнения (4.124), имеет 1 или 3 корня, а, следовательно, в проточном адиабатическом реакторе идеального смешения возможно существование одного или трех стационарных режимов процесса (рис. 4.61, а). Положительная обратная связь между тепловыделением в реакторе и отводом теплоты из него с нагретым прореагировавшим потоком обуславливают возможность появления неоднозначных стационарных режимов. [c.195]

Отличительной особенностью гетерогенно-катали-тических реакторов является наличие твердого катализатора. Различают реакторы с неподвижным и движущимся слоем катализатора. Для подвода или отвода тепла, а также для усиления массопереноса применяют различные режимы псевдоожижения. Эффективным способом ускорения процессов переноса для гетерогенных и гетерогенно-каталитических реакций является пульсационное воздействие на стационарные слои зернистого материала. Гетерогенно-каталитические реакции обычно сопровождаются массопереносом от ядра потока к зерну катализатора и массопереносом внутри зерна, поэтому выявление лимитирующей стадии является сложной задачей при проектировании гетерогеннокаталитических реакторов. Аналогично решаются технические проблемы, возникающие при проведении гетерогенных химических процессов. [c.59]

ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В СТАЦИОНАРНЫХ РЕАКТОРАХ [c.147]

В настоящей работе рассматривается устойчивость стационарного режима экзотермического гетерогенного процесса в контактном аппарате с идеальным перемешиванием газовой смеси в свободном объеме аппарата, т. е. принимается, что процессы тепло- и массообмена в реакторе характеризуются сосредоточенными параметрами. Для составления математической модели такого процесса вводится ряд допущений, которые даются ниже. [c.102]

Итак, нами предложена математическая модель экзотермического гетерогенного процесса в контактном аппарате с идеальным перемешиванием газовой смеси в свободном объеме реактора и проведено исследование одного из возможных стационарных режимов в таком аппарате. [c.109]

Гетерогенный процесс в стационарно по времени работающем реакторе [c.212]

Итак, теория стационарных реакций для данного линейного механизма гетерогенно-каталитической реакции позволяет написать уравнения для скоростей реакции по отдельным маршрутам и для суммарной реакции. Правая часть уравнений (V. 19) определяется через константы скоростей элементарных стадий и концентрации компонентов реакционной смеси — величины, измеряемые в процессе эксперимента. В левой части уравнений (V. 19) расположены величины, которые непосредственно измеряются, если эксперимент проводится на проточно-циркуляционной установке, или вычисляются по экспериментальным данным, если эксперимент проводится в проточном реакторе. Уравнения (V. 19) могут быть использованы для вычисления кинетических констант по экспериментальным данным, полученным в проточном реакторе, посредством интегрирования системы дифференциальных уравнений, описывающих превращение компонентов реакционной смеси. [c.117]

I ов. В этом оформлении реакция является типичным гетерогенно-каталитическим процессом, а ее небольшой тепловой эффект позволяет использовать адиабатические реакторы со сплошным слоем стационарного катализатора. Мольное отношение аммиака и спирта (метиловый или этиловый) составляет 4 1, причем первичные, вторичные и третичные амины можно получать в любом соотношении, возвращая на реакцию ту или иную часть каждого амина (чаще всего триметиламин). Осуществляется и рециркуляция избыточного аммиака, непревращенного спирта и простого эфира. [c.280]

В гетерогенном каталитическом реакторе идеального перемешивания тепловые процессы являются медленными по сравнению с концентрационными. В реакторе такого типа могут суш ествовать при одних и тех же значениях параметров три стационарных состояния устойчивые высоко- п низкотемпературный режимы и неустойчивый режим с промежуточными температурными характеристиками. В настояш,ей работе указан такой тип изменения скорости [c.225]

Гетерогенный реактор с твердыми частицами катализатора — это динамическая система, в которой в пространстве и во времени объединены сложные физико-химические процессы, происходящие на поверхности и внутри пористого катализатора, внутри и на границах реакционного объема в целом. В стационарном режиме все потоки объединены материальными и энергетическими балансами. Поэтому редко удается организовать каталитический процесс так, чтобы все его уровни — от поверхности катализатора до контактно- [c.5]

Большинство гетерогенно-каталитических реакций в химической промышленности осуществляется в виде непрерывного процесса в потоке. Химический реактор обычно представляет собой цилиндрический сосуд, частично заполненный слоем катализатора, обычно виде таблеток или гранул. Реагируюш,ая смесь газов поступает в реактор с одной стороны (снизу) и проходит через слой катали-ватора, а продукты реакции вместе с непрореагировавшей частью исходных веществ выходят из реактора с другой стороны (сверху). При этом, в реакторе устанавливается стационарное состояние, при котором содержание реагентов в газовой смеси, температура и давление в каждой точке внутри реактора с течением времени не меняются. [c.434]

Остановимся теперь на кинетике гетерогенно-каталитических реакций в потоке. При протекании гетерогенно-каталити-ческого процесса в проточном реакторе устанавливается стационарное состояние, и выход продуктов реакции (степень превращения исходного вещества на выходе из реактора) становится постоянным. Парциальные давления компонентов реакции как функция исходного состава и степени превращения выражаются с помощью уравнения Менделеева — Клапейрона, учитывая, что процесс протекает при постоянном давлении и объеме, если число молей продуктов реакции не равно числу молей исходных веществ. [c.311]

Для процессов гетерогенного катализа адиабатический разогрев Tad — 0 определяется суммарной теплоемкостью рабочей смеси и самого слоя катализатора. Если катализатор не выводится из реактора, то Tad есть та температура, которая была бы достигнута в реакторе, заполненном при температуре 2 катализатором и реагирующей смесью после полного отключения его от внешней среды и доведения реакции до конца. Ввиду высокой теплоемкости твердого катализатора адиабатический разогрев обычно оказывается малым в противоположность гомогенным процессам он не больше, а даже гораздо меньше, чем стационарный разогрев Т — Го. Как видно из формулы (X, 43), в таких условиях трудно ожидать колебательной или вообще существенно стационарной неустойчивости. Как мы уже отмечали, Боресков и Слинько считают единственным возможным видом неустойчивости для гетерогенно-каталитических процессов квазистационарную неустойчивость. [c.465]

Синтез аминов проводят в газовой фазе при 380—450 °С и 2—5 МПа. Давление требуется для повышения производительности установки, уменьшения габаритов аппаратуры и подавления побочной дегидратации спирта. Катализатором служит активный оксид алюминия или алюмосиликат, иногда с добавками промоторов. В этом оформлении реакция является типичным гетерогенно-каталитическим процессом, а ее небольшой тепловой эффект позволяет использовать адиабатические реакторы со сплошным слоем стационарного катализатора. Мольное отношение аммиака и спирта (метанол или этанол) составляет 4 1, причем первичные, вторичные и третичные амины можно получать в любом соотношении, возвращая на реакцию ту или иную часть каждого амина (чаще всего триметиламина). Осуществляется и рециркуляция избыточного аммиака, непревращенного спирта и простого эфира. [c.268]

Образование ЫНз идет, по-впдимому, через радикалы ЫН и ЫНг. Образующиеся по реакции (3) молекулы аммиака обладают большой избыточной энергией, отвод которой необходим для их стабилизации. Отвод может осуществляться гомогенно путем тройного удара, но при изученных давлениях такой механизм маловероятен. Напротив, на охлаждаемой стенке реактора вполне реально образование устойчивых радикалов и продуктов реакции. Процессы на поверхности разрядной трубки являются лишь завершающей стадией синтеза аммиака, так как при выбранных условиях опытов (давление 50 мм рт. ст., охлаждение стенок реактора до 10—12°С) трудно предположить протекание обычного гетерогенного катализа. Можно предположить поэтому, что в данном случае активные частицы Ыг, Ы, ЫН, ЫНг и ЫНз генерируются в плазме, а образование аммиака завершается главным образом на стенке разрядной трубки. В этом случае стационарные концентрации ЫНз должны существенно зависеть от свойств металлических покрытий поверхности стенок. Действительно, изученные медные, никелевые, железные и платиновые покрытия дают различное увеличение (% ЫНз) о, причем наибольшее увеличение наблюдается для платины. Практически линейное увеличение (% ЫНз) , с ростом силы тока для всех изученных металлов показывает, что увеличение подводимой мощности ведет к ускорению процессов в объеме, приводящих к повышению концентрации Ы2, Н, ЫН, ЫНг и ЫНз в плазме. [c.154]

Кроме явлений воспламенения и погасания в изотермических условиях происходят также автоколебания скорости гетерогеннокаталитических реакций [61,62]. Наряду с регулярными автоколебаниями в ряде случаев наблюдались сложные хаотические колебания. Эти явления представляют большой интерес для познания механизма гетерогенно-каталитических реакций и могут иметь практическое значение при промышленной реализации каталитических процессов. Например, частицы катализатора во взвешенном слое движутся по случайным траекториям в неоднородном поле концентраций и температуры. Состояние активной поверхности катализатора изменяется в зависимости от температуры и компонентного состава реакционной смеси. Скорость изменения состояния активной поверхности катализатора может быть недостаточно быстрой, чтобы в каждый момент времени состояние поверхности катализатора было квазистационарным к температуре и составу реакционной смеси, окружающей катализатор. Это же явление может иметь место в пусковой период работы промышленного реактора со стационарным слоем катализатора. Некоторые хими- [c.123]

В непрерывных процессах реакции протекают в потоке реагентов, часто используются гетерогенные катализаторы, которые можно применять в стационарном виде, в движущемся или в псевдоожиженном слое потоки реагирующих веществ и катализатора могут направляться прямотоком или противотоком, часть реагирующих веществ иногда возвращают в реактор в виде рециркулята и т. п. Все эти закономерности непрерывных процессов трудно учесть в уравнениях макрокинетики. Для их изучения возникла третья отрасль кинетики — промышленная кинетика, дающая в сочетании с макрокинетикой общие математические формулировки для данного процесса, идущего в химическом реакторе данного типа. [c.117]

Эффективность осуществления гетерогенных каталитических процессов в реакторах, работающих в режиме вынужденных внешних воздействий, можно былд бы показать п на примерах сложных процессов, где принципиальными оказываются проблемы избирательности. В настоящей работе это обсуждаться не будет. Сформулируем некоторые общие выводы по эффективности осуществления гетерогенных каталитических процессов в режиме вынужденных внешних воздействий по сравнению с традиционными методами ведения процессов в стационарном режиме [c.20]

За немногими исключениями химическое превращение газообразш.тх нримесе для их удаления из газовых потоков осуществляют методами каталитических реакций па гетерогенных твердых катализаторах. Чаще всего для таких процессов применяют реакторы с неподвижным слоем катализатора, по конструкции сходные с адсорберами со стационарным слоем адсорбента. В главе тринадцатой рассматриваются каталитические процессы этого типа и подробно описаны наиболее типичные из них в главе восьмой детально разбирается один из родственных процессов (сухая очистка газа в ящиках, заполненных окисью железа), при котором твердое вещество моижт либо служить катализатором, либо неиосредственпо участвовать в р(>акции. [c.18]

Помимо описанных моделей процессов, иротекающ,их в реакторах со стационарным слоем катализатора и двухфазным потоком таза и жидкости, разработаны и другие математические модели [42—46], а также упрогценные подходы [18,19,21,47], позволяю-ш,ие исследовать влияние различных переменных на показатели протекания гетерогенно-каталитических процессов и проводить расчеты технологических и конструкционных параметров, а также оптимизацию каталитических реакторов. [c.239]

Гетерогенный реактор с твердыми частицами катализатора -это динамическая система, в которой в просфанстве и во времени объединены сложные физико-химические процессы, происходящие на поверхности и внутри пористого катализатора, внутри и на фаницах реакционного объема в целом. В стационарном режиме все потоки объединены материальными и энергетическими балансами. Поэтому редко удается организовать каталитический процесс так, чтобы все его уровни - от поверхности катализатора до контактного отделения - работали в режиме, соответствующем оптимальному. Например, состав, сфуктура и свойства катализатора определяются состоянием газовой фазы. Следовательно, повлиять существенно на характеристики катализатора, работающего в стационарных условиях, не представляется возможным, так как состав газовой фазы предопределен степенью превращения и избирательностью. В нестационарном режиме, оказывается, можно так периодически изменять состав газовой фазы или таким образом периодически активировать катализатор, что его состояние будет значительно [c.304]

В подавляющем большинстве случаев аппараты идеального вытеснения являются, следовательно, самыми высокопроизводительными, и естественно стремление осуществлять непрерывные процессы в близких к ним моделях реакторов. К таковым относятся трубчатые аппараты, выполненные в виде змеевиков или изогнутых труб большой Jo длины, но малого диаметра (рис. 68, а), кожухотрубные аппараты (рис. 68,6) и шахтные (колонные) аппараты (рис. 68, в) с одним или несколькими сплошными слоями насадки или гетерогенного катализатора, препятствующими перемешиванию. Трубчатые реакторы широко применяются для некаталитических и гомогеннбкаталитических реакций в газовой или жидкой фазе (пиролиз, гидролиз, альдольная конденсация), причем труба для нагревания или охлаждения помещена в пространство, омываемое соответствующим теплоносителем, или же аппарат сконструирован по типу теплообменника труба в трубе . Кожухотрубные и шахтные аппараты применяются еще шире, в частности для гетерогеннокаталитических реакций со стационарным слоем катализатора (риформинг, дегидрирование, парофазное гидрирование и окисление, гидратация, дегидратация). [c.310]

Интересный процесс получения малеинового ангидрида прямым гетерогенным окислением н-бутиленов в реакторе с подвижным псевдоожиженным слоем катализатора разработан М. Ф. Нагиевым, X. И. Садыховой и автором [102]. В результате исследований было установлено, что проведение прямого окисления н-бутиленов в кипящ,ем слое кобальт-молибденового катализатора позволяет получать при 440 С, объемной скорости сырья 2000 час и содержании смеси бутиленов в реакционной смеси 3—6% малеиновый ангидрид в количестве 70—75% мольных на прореагировавшую сумму н-бутиленов. Конверсия н-бутиленов составляет 85—90%. Особенно большой интерес представляет эта работа с точки зрения промышленного осуществления процесса. Дело в том, что все методы, связанные с окислением в системах со стационарным слоем катализатора промышленно, трудно осуществимы из-за сложности проблемы отвода выделяемого при реакции тепла и требуют создания трубчатых реакторов с 1000 и более трубок, каждая из которых фактически представляет собой самостоятельный реактор. Осуществление же процесса по технологии подвижного кипящего слоя позволяет сравнительно легко и быстро отводить избыток тепла одним из существующих методов. [c.90]

Другой распространенный процесс получения этилбензола -технология американской фирмы The Badger In . Процесс осуществляется в паровой фазе в реакторе со стационарным слоем гетерогенного катализатора. Реакторы алкилирования бензола этиленом для этого процесса разработаны компанией Mobil. Процесс Badger имеет высокий энергетический КПД. Процесс не загрязняет окружающую среду, так как в нем не образуются отходящие потоки. Применяемый катализатор коррозионно не активен, инертен к окружаю- [c.223]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология