|
|
Протекание ХТП в неидеальных потоках.
1) Неравномерность полей линейных скоростей по сечению потока при наличии несущественного продольного перемешивания (отклонения от модели вытеснения). 2) Наличие застойных зон, проскок части реагентов без химического взаимодействия (байпасная часть потока), малая интенсивность перемешивания, не обеспечивается постоянство концентраций (отклонения от модели ПС). В потоках большого диаметра при движении жидкости или газа через слой зернистого твердого катализатора даже при небольшой высоте процесс описывается по модели вытеснения. Если поток протекает в длинной трубе небольшого диаметра, то несмотря на неравномерность полей скоростей процесс также описывается моделью полного идеального вытеснения. Аппараты с кипящим слоем, пенные режимы больше подходят к потокам смешения, но описывать их идеально нельзя. Как можно оценить отклонения реального потока от идеального? Для идентификации реального потока (с сенсибилизирующей моделью) проводят гидродинамические испытания с индикаторным в-вом (хим. реагент, легко анализируемый; оптимальные методы и др.) --- датчик. Смысл эксперимента: корреляция между возмущением потока на входе и изменением технических параметров на выходе (С,Х,Ф и т.д.). Датчик – замеряет концентрацию какого-то химически активного вещества. Виды возмущений: Импульсный (1) и ступенчатый (2).
Если поток идеального вытеснения, то Импульсный ввод индикатора
В реальном потоке имеем следующее: 1- поток смешения, 2 – поток вытеснения
При ступенчатом вводе Идеальное вытеснение Полное смешение.
Количественная оценка степени отклонения.
Д – коэффициент продолжения перемешивания (конвективная диффузия) W – линейная скорость потока, Н – длина реакц зоны Он входи в различные модели описания реальных потоков
Способы описания ХТП в неидеальных потоках (модели неидеальных потоков). Существует много моделей (десятки и сотни). В настоящее время используются ячеечные и диффузионные модели. Ячеечная модель: можно представить, что реакц зона условно разбивается на ряд секций (ячеек), в каждой из которых поток описывается моделью ПС. Суммарный объем всех ячеек равен объему реакц зоны. Степень отклонения реального потока от идеального ПС находится экспериментально найденным числом «n» ячеек. N теоретически изменяется от 1 до ¥. Фактически ячеечная модель – это аналог каскада реакц зонпотока смешения.
А→В 1 – процесс протекает в потоке ИВ (n=¥) 2 – для потока ПС (n=1) 3 – экспериментальная кривая для n=2 3а – для n=7. Диффузионная модель.
Другие способы описания. Метод комбинирования идеальных режимов. Сущность заключается в том, что реакц зона условно делится продольного сечения на ряд секций, в каждой из которых поток движется либо в режиме вытеснения (зона 1), либо в режиме смешения (зона 2), либо без взаимодействия (зона 3). Эти зоны различаются размерами и анализируются для каждой фазы. Корреляция между идеальными моделями и реальными потоками нах-ся путем соотв подбора объемов условных идеальных потоков (метод суперпозиции).
Химические реакторы Как влияет тип реактора на деформацию теоретических представлений о протекании процесса в потоке? Аппараты, в которых протекают ХТП, называют химическими реакторами(ХР). 45.1. Классификация В промышленности исп-т тысячи различных реакторов, для ориентировки их классифицируют. Характерные признаки классификации (для хим. пр-ти): 1. временной, характеризующий изменения параметров режима во времени 2. гидродинамический, характеризующий режим движения и структуру потока 3. температурный, характеризующий изменение температуры по длине реакц зоны. 1- реакторы периодического и непрерывного действия 2 – реакторы смешения, вытеснения 3- адиабатический, изотермический и политермический реакторы. Условно их разделяют на: технологические, энергетичесике, эксплуатационные и экономические. Технологические: показатели ХТП, протекающие в том или ином р-ре (Х,Ф,j,U). Кроме этого работу реатора хар-т производительность и интенсивность. Пм=m/t Пv = V/e Повышение П может быть достигнуто путем увеличения размеров реактора или увеличением скорости процесса. Максимальную производительность реактора наз-ют мощностью. Увеличение мощности реакторов – одно из основных направлений развития промышленности (эконом. и соц. факторы). Интенсивность – это производительность к объему реактора. Интенсивность можно повысить улучшая конструкцию реактора и скорость процесса. Обращает на себя внимание, что скорость ХТП и интенсивность ХТП – вещи пропорционалбные. Интенсивность фактически отражает скорость протекания ХТП. Энергетические показатели – хар-т затраты энергии на проведение ХТП (преодоление гидравлического сопротивлений на перемешивание, на подвод теплоты для эндотермических пр-в, использование вторичных ресурсов при использовании экзотермических пр-в). Экономические показатели - хар-т стоимость изготовления, монтажа, затраты на проведение ремонтных работ. Эксплуатационные характеристики: легкость управления, обеспечение устойчивого режима и безопасности работы. Эти характеристики зависят от конструктивного св-в реактора, которые определяют и его ремонтноспособность. Основные требования к реакторам сводятся к: повышению интенсивности его работы, снижению затрат на транспортировку реагентов, уменьшению потерь при проведении эндотермических реакций, увеличению степени использования тепла экзотермических реакций, обеспечению устойчивости технологического режима, безопасности работы (прочным, герметичным и т.д.), снижению стоимости изготовления реактора и его ремонта.
46. Основные требования к промышленным реакторам: 1. Максимальная производительность и интенсивность работы. В зависимости от того, где замеряется расход реакционной смеси и концентрация вещества в ней. Если замеряется расход реакционной смеси VCK и концентрация целевого продукта в ней Спк на выходе из реактора (конечные величины), то I=Π/υ= VCK * Спк /υ= VK Спк где VCK—расход смеси, м3/ч; Спк — концентрация продукта на выходе из реактора, кг/м3; v — реакционный объем, м3; VK — конечная объемная скорость, ч-1. Если СПК безразмерна (например, объемные доли), то I= VK Спкρп, где рп — плотность продукта, кг/м3. Если замеряется концентрация основного исходного вещества (например, концентрация А в реакции аА + ЬЪ -> dD+eE) то учитывая, что СПК = Cn.Хβ, I=VК Cn.Хβили при CИ безразмерной I=VKCИ, ХβρП, где β — отношение числа молей целевого продукта к числу молей основного исходного вещества. Если в реакции целевым является продукт D, то β=d/a 2. Высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса. Они обеспечиваются оптимальными параметрами режима: температурой, давлением, концентрацией исходных веществ и продуктов реакции. Каталитический реактор должен обеспечить также возможность наиболее эффективного применения катализатора. Однако высокий выход продукта х обычно находится в противоречии с интенсивностью работы реактора I (рис.20).
С повышением объемной скорости степень превращения (или общий выход продукта) неизбежно снижается, тогда как интенсивность процесса возрастает. В циклических схемах преимущество отдают интенсивности, а в схемах с открытой цепью — высокой степени превращения при наибольшей селективности. 3. Минимальные энергетические затраты на перемешивание и транспортировку материалов через реактор, а также наилучшее использование тепла экзотермических реакций или тепла, подводимого в реактор для нагрева реагирующих веществ до оптимальных температур. Понижение энергетических затрат на транспорт газов и жидкостей достигается главным образом снижением гидравлического сопротивления реактора и, в первую очередь, упрощением конструкции. Для наилучшего использования тепла в реактор вставляют теплообменные элементы, что усложняет его конструкцию. На рис. 20 приведена кривая роста гидравлического сопротивления аппарата данной конструкции ΔР при возрастании объемной скорости V (за счет линейной скорости w, пропорциональной V), Увеличение интенсивности работы аппарата находится в противоречии с энергетическими затратами, измеряемыми соотношением ΔР: I. 4. Легкая управляемость, устойчивость режима и безопасность работы. Эти условия обеспечиваются рациональной конструкцией реактора и малыми колебаниями параметров технологического режима, позволяющими легко автоматизировать работу реактора. 5. Низкая стоимость изготовления реактора и ремонта его. Это достигается простотой конструкции и применением дешевых конструкционных материалов: черных металлов, силикатных изделий, наиболее дешевых пластмасс.
  Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
Наиболее существенные отклонения реальных потоков заключаются в следующем:
Параметром, количественно характеризующим продолжение перемешивания и степень отклонения от идеальных потоков, является безразмерный комплекс 
. Теоретически комплекс изменяется от 0 (для потока полного ИВ) до ¥ (для потоков ПС).
Пример
Предполагает аналогию между перемешиванием и диффузией. Различные степени отклонения распределения времени пребывания частиц в реальном потоке по сравнению с потоком ИВ учитываются величиной продольного и радиального перемешивания. Дифф модели используются для описания ХТП в потоках, близких к потокам ИВ.