Параметрическая чувствительность катализатора

Точность реализации оптимального режима зависит от внутренних свойств контактного аппарата и характера внешних возмущений, неизбежных на производстве. Внутренние свойства реактора определяются параметрической чувствительностью температурных и концентрационных полей в слое катализатора к внешним воздействиям, устойчивостью стационарных режимов, запасом устойчивости, интенсивностью изменения активности катализатора во времени, наличием различного рода пространственных неоднородностей, динамическими характеристиками и т. п. [c.15]

Трубчатые реакторы. Стабильность процесса в трубчатом реакторе определяется в основном величиной внутреннего диаметра трубки (ВДТ), При увеличении ВДТ конструкция реактора становится проще и возможно увеличение его мощности, но при этом ухудшается стабильность аппарата, выражающаяся, например, в увеличении параметрической чувствительности и величины динамического заброса [37, 38]. Решающими факторами при выборе максимального ВДТ для экзотермических процессов являются параметрическая чувствительность, динамические характеристики, допустимое гидравлическое сопротивление слоя катализатора, избирательность процесса п точность стабилизации входных параметров, которые определяются из анализа стационарных и нестационарных процессов в трубках разного диаметра. Для процессов эндотермических и протекающих вблизи равновесия определяющими параметрами являются, как правило, гидравлическое сопротивление и мощность аппарата. Максимальные значения ВДТ для процессов окисления метанола в формальдегид — 25 мм, окислительного дегидрирования н-бутенов — 21 мм, синтеза винилхлорида при концентрированном ацетилене — 55 мм и разбавленном — 80 мм [38], дегидратации <к-окси- [c.14]

Адиабатический слой катализатора. Процессы, протекающие так, что на выходе из слоя достигаются высокие или близкие к равновесным степени превращения, отличаются высокой стабильностью. Основной опасностью здесь является возможность возникновения немонотонного переходного режима с большим динамическим забросом. К таким процессам относятся окпсление двуокиси серы в трехокись, синтез аммиака. Основные технологические параметры для указанных процессов определяй ются, как правило, из соображений максимальной эффективности. Если на выходе из слоя общая степень превращения не превышает 90% и процесс далек от равновесия, то параметрическая чувствительность выходных параметров к входным примерно про- т т [c.15]

Этн факты показывают, каким важным фактором для обеспечения оптимальных условий работы контактных аппаратов с неподвижными слоями, особенно для процессов с высокой параметрической чувствительностью, является способ загрузки катализатора в реактор. [c.10]

На рис. Vni.6 приведены значения параметрической чувствительности реактора окисления диоксида серы к температуре на входе в слой катализатора при различных временах контакта. Там же показан предел устойчивости для схемы, изображенной на рис. Vni.5. [c.325]

Во-вторых, при оптимизации ХТС приходится использовать математические модели элементов ХТС, в которые входят параметры, найденные с определенной степенью точности. Кроме того, параметры моделей с течением времени могут изменяться под влиянием изменений характеристик объектов, которые они отражают. Например, с течением времени падает активность катализатора вследствие его старения с увеличением длительности эксплуатации теплообменника возрастает термическое сопротивление тепловому потоку. Если оптимальный технологический режим лежит в области высокой параметрической чувствительности, то вследствие неточности коэффициентов модели истинный оптимальный режим может не совпадать с расчетным. [c.331]

Использование АПТ благоприятно для проведения обратимых экзотермических реакций, в которых равновесная степень превращения с увеличением температуры уменьшается. Поэтому возможно, чтО в конце каждого адиабатического слоя катализатора достигается равновесная степень превращения. Тогда параметрическая чувствительность каждого слоя очень небольшая. Это обстоятельство позволяет, во-первых, применять практически любое число слоев катализатора и, во-вторых, использовать любые методы охлаждения между, слоями в теплообменниках, добавлением холодной реакционной смеси или газа другого исходного состава, а также применять в промежуточных теплообменниках посторонний теплоноситель и исходную реакционную смесь в качестве теплоносителя. [c.461]

Контроль работы аппарата затруднен температурный режим катализатора имеет максимум внутри eso слоя, причем наибольшей параметрической чувствительностью, т. е. наиболее опасным местом реактора, является именно область максимальных температур. Введение различных измерительных устройств в небольшие по размерам трубки резко изменяет аэродинамическую обстановку в слое, и режим его работы. Следовательно, показания датчиков будут также отличаться от истинных значений температур в неконтролируемых. трубках. Дополнительное осложнение при контроле заключается в том, что при изменении режима работы аппарата меняется и положение области максимальных температур внутри слоя. [c.462]

Все обратимые изменения характеризуются отношением отклонения показателей работы реактора (температура и степень превращения в заданной точке) к изменению тех или иных условий его работы (температура и состав газа, условия тепло- и массообмена, активность катализатора и др.), т. е. параметров процесса. Этот показатель назовем параметрической чувствительностью. [c.210]

Рис. 4.19. Изменение профилей температур и параметрическая чувствительность в слое катализатора в трубчатых реакторах при изменении условий эксплуатации

Область максимальных температур имеет наибольшую параметрическую чувствительность, которая приводит к резкому повышению температуры в слое и к срыву процесса. Поэтому допустимая параметрическая чувствительность температуры в слое катализатора-основное, что необходимо учитывать при выборе диаметра трубок [292]. [c.214]

Если протекает эндотермическая реакция, то при выборе диаметра трубок учитывают количество катализатора и его гидравлическое сопротивление. Действительно, поглощение тепла приводит к снижению скорости реакции, поэтому параметрическая чувствительность эндотермического процесса, как правило, меньше, чем экзотермического. [c.215]

Систему охлаждения трубок, загружу катализатора в трубки и калибровку трубок также выбираем из данных о параметрической чувствительности. Это связано с тем, что параллельные трубки работают в неодинаковых условиях, т. е. имеется пространственная неоднородность. [c.215]

Из табл. 4.1 видно, что снижение сопротивления несущественно влияет на производительность катализатора, но уменьшает концентрацию окиси этилена. Увеличение сопротивления приводит к росту температуры и содержания оксида этилена, а также к уменьшению избирательности и производительности. Увеличение сопротивления на 20% и более приводит к резкому росту параметрической чувствительности и температуры в горячей точке . Для обеспечения нормальной работы аппарата отклонение сопротивления трубок от среднего значения не должно превышать 15%, при этом для 80% трубок отклонения по сопротивлению в пределах должны быть 10% от нормы. Поэтому при загрузке катализатора проверяют гидравлическое сопротивление каждой трубки и в случае необходимости добавляют или удаляют катализатор. [c.216]

По параметрической чувствительности определяем требования к однородности активности катализатора. В реактор, особенно высокой производительности, загружают большее количество катализатора. Обычно катализатор изготавливают отдельными партиями, которые по активности могут отличаться друг от друга. Поэтому в большой реактор приходится разгружать несколько партий. Внутри партии активность неодинакова. Изменение ее в процессе окисления метанола на 20% приводит к изменению максимальной температуры в трубке на 15 С. [c.217]

По параметрической чувствительности выбирают загрузку катализатора. В отличие от трубчатых реакторов адиабатические слои имеют большую чувствительность к начальной температуре. Оптимальный режим многослойных реакторов определяют в предположении об однородной по сечению слоя температуре на входе в каждом из них. В действительности всегда наблюдаются отклонения от средней температуры на входе. Эти неравномерности приводят к снижению степени преврашения в слое, к местным перегревам, а также к ухудшению показателей работы всего реактора. [c.218]

Проанализируем условие устойчивости (4.84) на примере реактора окисления 502, верхняя часть которого представляет собой схему реактор с внешним теплообменником . График зависимости параметрической чувствительности Э Гц от или разном времени контакта представлен на рис. 4.24. Здесь же пунктиром показана правая часть неравенства (4.84). Режимы, у которых значения Э 1 /0 Т находятся ниже пунктирной кривой, устойчивы. Для т =0,6 с устойчивы будут режимы при > 430 °С, т.е. = 430 °С - нижняя температурная граница устойчивых режимов. Температура на входе в слой при оптимальном режиме = 440 °С, что близко к границе устойчивых режимов. Поэтому небольшое уменьшение приведет к неустойчивому режиму. Чтобы избежать этого необходимо создать запас устойчивости по температуре входа в слой, загрузив избыток катализатора. При двойном увеличении количества катализатора (увеличении т вдвое) запас устойчивости возрастает до 20 °С, что позволит стабильно вести процесс. Таким образом, избыток по сравнению с оптимальным количеством катализатора необходим для обеспечения стабильного режима процесса [302]. [c.224]

Аналогично можно найти область устойчивых режимов системы с произвольным числом слоев и теплообменников. Как следует из условий устойчивости (4.90) - (4.92), для рассмотренной системы нескольких слоев с промежуточными теплообменниками, как и для одного слоя с теплообменником, достаточно знать только параметрические чувствительности слоев катализатора и теплообменников и знаний о динамических свойствах системы не требуется. [c.228]

Реактор с внутренним теплообменом (рис. 4.27). Неустойчивые режимы [305, 306] возможны и в аппаратах с внутренним теплообменом, поскольку в них происходит обмен теплом между потоками, входящим и регулирующим в слое катализатора, т.е. имеется обратная положительная связь. Такие реакторы применяют для синтеза аммиака. Так же как и для реактора с внешним теплообменником, установим связь устойчивости и параметрической чувствительности. [c.228]

Таким образом, условие устойчивости стационарного состояния реактора с внутренним теплообменом с одинарными трубками означает, что параметрическая чувствительность среднеинтегральной разности температур между слоем катализатора и газом в трубках к температуре входа в слой была меньше некоторой величины, определяемой параметрами теплообменной поверхности и нагрузкой на аппарат. [c.229]

Аппарат с двойными трубками (рис. 4.27,в,г) представим как объект, состоящий из трех последовательно соединенных звеньев (внутренние и наружные трубки, слой катализатора) с обратными связями между ними. Из определения параметрических чувствительностей тем же способом, что и для предыдущих схем, получим два условия устойчивости [c.229]

В отличие от процесса в кинетической области, в исследуемом случае значение максимальной температуры слабо зависит от температуры хладагента, скорости потока, диаметра трубки. Это связано с тем, что температура поверхности зерна определяется в основном величиной адиабатического разогрева. То есть основная особенность рассматриваемого процесса - малая параметрическая чувствительность максимальной температуры к условиям его осуществления. Но положение области максимальных температур при этом меняется значительно, так как в зависимости от условий реакционная смесь нагреется до начала области внешнедиффузионного режима на различной длине слоя. Увеличение диаметра трубки приводит также к смещению максимума, но его абсолютное значение несколько возрастает и профиль температуры становится менее острым. При увеличении диаметра трубки уменьшается необходимая длина слоя катализатора, так как средняя температура процесса возрастает. Расчеты для различных диаметров зерен катализатора показали, что с уменьшением размеров зерен значительно сокращается необходимая длина слон. Увеличение начальной концентрации и входной температуры увеличивает выход фталевого ангидрида. [c.167]

Необходимо также учесть, что сч мы не можем точно предугадать и четко определить все условия, в которых будет работать спроек-. тированная система. Может произойти непредвиденное изменение параметров, воздействующих на объект извне, или изменение в самом объекте во время его работы (например, дезактивация катализатора). В то же время так называемая параметрическая чувствительность, или восприимчивость процесса к возмущениям, может существенно зависеть от диапазона, в котором будут происходить колебания отдельных параметров. [c.491]

Бесков Г. К., С л и н ь к о Л 1. Г., Б е с к о в В. С., Количество катализатора, устойчивость п параметрическая чувствительность в контактных аппаратах окисления двуокпсп серы. Хим. пром., № 3, 13 (1968). [c.183]

Устойчивость колонн синтеза аммиака с внутренним теплообменом. Число стационарных состояний и их свойства можно найти по методу, примененному для анализа стационарных режимов в зерне и в слое катализатора. Аналогичная задача об устойчивости колонн синтеза решена В. И. Мукосеем Он провел численный анализ системы уравнений знаковой модели колонны синтеза и построил зависимость конечной температуры реакционной смеси от начальной (рис. ХУ-35). Как видно из рисунка, имеются области начальных температур, для которых суш,ествует одна или три температуры на выходе из колонны и соответственно одно или три стационарных решения (рис. ХУ-Зб). Верхняя кривая отвечает норхмальному режиму (/ к), средняя —неустойчивому, а >лижняя кривая (Тд ) не представляет практического интереса. Анализ устойчивости колонн синтеза аммиака методом исследования параметрической чувствительности выполнил В. С. Бесков [c.520]

При дальнейшем увеличении глубины слоя профиль пористостп остается постоянным. На небольших глубинах слоя имеет место довольно значительное изменение пористости (см. рис. 2). Такое изменение по высоте слоя катализатора, а следовательно, и скоростей фильтрации газа, по-видимому, необходимо учитывать в расчетах для процессов с высокой параметрической чувствительностью. Таким образом, в крупнотоннажных аппаратах из-за значительного радиального градиента вертикальных напряжений влияние стенки на структуру слоя может распространяться по радиусу на расстояние большее, чем ширина пристеп- [c.97]

Как И ранее, для вычислений следует использовать рис. II-5. Заметим, что единственное стационарное состояние можно обеспечить, выбирая частицы катализатора достаточно малого размера (если другие параметры фиксированы). В работе Ласса и Амундсона [1967 г. (Ь)], которые впервые представили эти результаты, разработаны аналогичные соотношения для других пространственных решений и приводится сравнение с более ранним исследованием Вейза и Хикса (1962 г.). Наиболее полное изучение параметрической чувствительности, проведенное Дроттом и Арисом (1969 г.), показывает, что степень надежности, связанная с неравенством (У1, 85), не [c.142]

В промежуточных теплообменниках можно ослабить нарушение режима работы всех слоев, кроме последнего. Чтобы параметрическая чувствительность последнего слоя была также небольшой, реакция в нем должна протекать до конца. Необходимое число адиабатических слоев катализатора для АПТ равно отношению величины. адиабатического разогрева реакции к температурному интервалу работы катализатора АГ . HaKoneH, АПТ в отличие от аппарата с внутренним теплообменом конструктивно проще, имеет, как правило, меньшую тенлообменную поверхность, удобнее при монтаже и характеризуется более равномерным распределением реакционной смеси по катализатору. [c.461]

Адиабатическне реакторы. Можно предположить, что максимальная чувствительность температуры в адиабатическом слое катализатора к изменению условий его работы будет наблюдаться на выходе из слоя, где температура максимальна. Однако это не так. Достаточно рассмотреть процесс, протекающий в адиабатическом слое до равновесия, чтобы понять, что небольшое изменение температуры на входе в слой не приведет к заметному отклонению от равновесия. В этом случае чувствительность температуры на выходе к температуре на входе будет небольшая. Профили температур в адиабатическом слое при окислении диоксида серы в случае изменения температуры на входе Гд и концентрации ЗОг - сд показаны на рис. 4.20 и, соответственно, распределение по слою параметрических чувствительностей 91 дТ и Зт1дсц, как они определены в (4.60), Сечение слоя внутри, а не на выходе, имеет максимальную параметрическую чувствительность. [c.212]

Параметрическая чувствительность, количество катализатора и гидравлическое сопротивление возрастают с увеличением диаметра трубок и его выбирают таким, чтобы эти показатели не превьппали допустимых максимальных значений. [c.214]

Для решения указанной системы уравнений был разработан эффективный алгоритм и составлена (в среде Ве1р111 3.0) программа оптимального проектирования КА. Составленная программа позволяет выполнять как однократный, так и многовариантный расчет оптимизации, а также расчет параметрической чувствительности. В качестве исходных данных необходимо задать следующую информацию физико-химические свойства компонентов, параметры входных потоков, параметры аппарата (количество слоев контактной массы), начальные приближения варьируемых переменных. Очевидно, что решек. задачи оптимизации многослойного КА должен предшествовать совмес1ный рациональный выбор параметров входных потоков (их величины и составы) и количества слоев катализатора В качестве такого выбора использовалось условие максимальной производительности адиабатического слоя контактной массы [1]. [c.134]

Таким образом, необходимость учета неоднородного профиля скорости потока зависит главным образом от параметрической чувствительности температуры в слое к величине параметра теплоот -вода Пт и активности объема слоя катализатора и слабее - от структуры слоя (отношения Бтр/с1 .). [c.123]

Однако увеличение температуры такне приводит к окислению фталевого ангидрида в конце слоя катализатора, где отсутствует о-нсилол (рис.б), В присутствии о-нсилола и промежуточных продуктов фталевый ангидрид устойчив,. Поэтому нежелательно,чтобы температура в конце слоя, где весь о-ксилол прореагировал,превышала 500°С. Это ограничение может определить выбор оптимального диаметра трубок (для процесса в кинетической области выбор диаметра трубок определится допустииой величиной параметрической чувствительности максимальной температуры [9]). Окончательные рекомендации по выбору оптимального диаметра трубок для процесса окисления о-ксилола могут быть сделанипосле уточнения кинетики процесса, особенно при высоких темпарутурах и больших степенях превращения. [c.168]

Ввиду наличия в реакционной смеси каталитических ядов, ак-. тивность катализатора в слое предварительного контактирования будет значительно уменьшаться во времени. Как показано в работе Гз], при температуре больше 550°С в процессе отравления ванадиевых катализаторов мышьяком становится заметнее улетучивание из катализатора пятиокиси ванадия, связанное с образованием легколетучего при высоких температурах соединения А4Д-У 0у. Следовательно, температура в конце слоя предварительного контактирования Тк не долкна превышать 550°С. Но в этом случае процесс в слое катализатора будет обладать высокой параметрической чувствительностью, вследствие его удаления от равновесия. Так, например, для газа, содержащего 9,5% ЗОа и 7,94% О-,, при температуре на входе в слой предварительного контактирования Тц=4бО°С и при температуре на выходе из него Т =550°С, параметрическая чувствительность = 2,9. Высокая параметрическая чувстви- [c.192]

Р аппаратах с промеяуточньцу теплообменом (АПТ) процесс в кавдом слое приходится "обрывать" при определенной степени превращения, определяемой максимально допустимш разогревом катализатора. Поэтому температурный режим такого адиабатического слоя очень чувствителен к входным условиям в слой (температуре количеству реакционной смеси, концентрации). Например, параметрическая чувствительность температуры на выходе из слоя вц к температуре на входе и составляет для процесса- окисления метано- [c.26]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология