Главная -> Словарь

Экзотермических процессов

меризации и алкилирования в процессах получения полимербен-зина, алкилбензина и алкилбензола являются экзотермическими. Если не принять мер по отводу тепла при экзотермических процессах или подводу тепла при эндотермических процессах, т. е. осуществлению соответствующей передачи тепла, то это может привести к нарушению технологии производства. Необходимо также предусмотреть соответствующие устройства для непрерывного отвода тепла, выделяющегося при разогреве деталей вследствие трения в различных узлах оборудования установок.

любых экзотермических процессах стационарный устойчивый режим возможен только в том случае, если с ростом температуры количество отводимого тепла будет возрастать быстрее, чем количество тепла, выделяющегося при реакции94' 97~70. 281. В результате работ Борескова и Слинько"4' 68~73 при окислении этилена до окиси этилена как в неподвижном, так и в псевдоожиженном слое катализатора были установлены условия отвода тепла, при которых реакция протекает на поверхности катализаторов в кинетической области.

В случае необходимости достижения больших глубин превращений яри экзотермических процессах, описываемых криволинейными кинетическими графиками, в начальных стадиях реагирования обычно наблюдаются быстрый подъем и последующее падение температуры с относительно равномерным режимом во второй части реактора . Аналогичный ход температур наблюдается при сравнительно невысоких выходах за проход, но очень больших тепловых эффектах процесса и низких тепло-емкостях реагирующих продуктов .

Если прямая и обратная реакции подчиняются уравнению Арре-ниуса и энергии активации Аг k't, что обычно наблюдается при экзотермических процессах, скорости обеих реакций при повышении температуры будут также расти, но в разной степени каждая. В условиях, когда Г1 ^ , результирующая скорость экзотермического процесса будет вначале увеличиваться от W1 до iv2 и более высоких значений, затем достигнет определенного максимума Итах = и;оп и далее начнет снижаться, стремясь в пределе к нулю . Для нахождения температуры, соответствующей максимальной скорости обратимой реакции, приравняем нулю частную производную скорость по температуре:

С тепловой точки зрения ступенчатый способ характеризуется снижением количеств отводимого или подводимого реакционного тепла по сравнению с непрерывным теплообменом при условии равенства температур на входе и выходе из реактора. Объясняется это тем, что в отдельных секциях реакционной системы происходит адиабатическое накопление или расходование тепла. Во многих случаях указанная особенность является положительной, так как позволяет снизить предварительный нагрев сырья перед вводом в реактор при экзотермических процессах и сократить расходы на охлаждение прореаги-ровавших\ продуктов при эндотермических.

При смещенных обратимых экзотермических процессах каждой степени превращения соответствует строго определенная оптимальная температура, и в итоге для реакции в целом наиболее благоприятен переменный, падающий температурный режим. В этих случаях общий, к. п. д. нужно вычислять не по уравнению , так как концентрационные к. п. д. начинают зависеть от температуры, а по формуле как отношение объема эталонного аппарата к вычисленному для фактического режима.

В отличие от всех других химических превращений для обратимых экзотермических процессов характерно снижение оптимальных температур с углублением реакций. Вследствие этого проведение их в адиабатических условиях, дающих прямо противоположное распределение температур, крайне неблагоприятно. Для двусторонних экзотермических процессов значительный интерес могут представить противоточные схемы реакторов с теплоносителями-катализаторами , для которых характерно изменение температурных режимов с падающего на возрастающий и наоборот, с сохранением формального подобия адиабатическому процессу, но с обратным знаком теплового эффекта . Системы, применяющие пылевидные и микросферические катализаторы с режимами кипящего слоя, могут быть достаточно эффективными также и при обратимых экзотермических процессах. Однако для них обязательно секционирование зоны катализа со ступенчатым регулированием температуры.

в) Полная адиабатизация осуществима только для каталитических реакций. При термических превращениях она невозможна, так как •в период предварительного нагрева сырьевой смеси неизбежно образование некоторых количеств целевых продуктов и в адиабатический .реактор фактически поступает частично прореагировавшее сырье. При экзотермических процессах предварительным разложением сырья можно пренебречь, но для эндотермических это положение имеет чрезвычайно большое значение. Полная адиабатизация эффективна и может находить практическое применение только при небольших

Для уменьшения температурных перепадов в адиабатических реакторах В. Б. Фальковский и С. В. Львов предложили регулировать температуру внешней поверхности катализатора подбором определенных соотношений высоты и диаметра катализатор но го слоя. Исходя из того, что температура внешней поверхности катализатора является функцией скорости реакции и интенсивности теплообмена между поверхностью катализатора и газовой фазой, авторы считают возможным поддерживать постоянную температуру внешней поверхности зерен несмотря на значительное изменение температуры реагирующего газа. По их мнению, при экзотермических процессах может происходить сначала нагрев газа от зерен катализатора, а затем, когда скорость реакции снижается, — от горячего газа. При определенной скорости газа можно достигнуть такого состояния, когда температура зерен постоянна во всем слое. В цитированной работе приводится уравнение для расчета диаметра аппарата и скорости газа. Эти выводы, однако, требуют еще экспериментального подтверждения.

делениями процесса. По мере движения теплоносителя снизу вверх легкие фракции выкипают и температура жидкой фазы повышается. Последней выкипает наивысшая фракция. При обратимых экзотермических процессах в таком реакторе реагирующая смесь движется сверху вниз. Теплоноситель поступает обратно в теплообменное пространство реактора.

2. Адиабатический процесс, протекающий без отвода или подвода тепла. В адиабатических системах температура в реакторе непрерывно меняется от входа к выходу, возрастая для экзотермических процессов и убывая для эндотермических.

В практических расчетах обычно принимают, что, поскольку скорость переноса тепла высока, Т s^ Ts. Этим допущением нельзя пользоваться для сильно экзотермических процессов, например, для регенерации катализатора, где разность Ts — Т может достигать 100-150 °С.

Фактором, наиболее сильно влияющим на устойчивость физико-химического процесса в единичном аппарате, является температура. Поэтому наибольший инженерный интерес для единичных аппаратов представляет исследование температурной устойчивости для экзотермических процессов. Однако при изучении систем аппаратов или управлении ими приходится исследовать устойчивость, вызванную и другими факторами.

где G и v — массовый поток и его линейная скорость; G = Svp', p и с — плотность и теплоемкость потока; С0 и Т0 — концентрация и температура входного потока; С та Т — то же, для выходного потока; V и F — объем и поверхность теплопередачи аппарата; Гвн и Кт — температура охладителя и коэффициент теплопередачи; qnp — теплота процесса ; для небольшого интервала темпера-

В ряде случаев , как показывает анализ, возможен ряд стационарных состояний, т. е. приведенные здесь критерии единственности не выполняются. В связи с этим рассмотрим математические методы, позволяющие установить, какие из решений будут устойчивы.

Окисление относится к числу самых экзотермических процессов органического синтеза. Тепловые эффекты наиболее распространенных реакций окисления приведены ниже :

В трубчатых аппаратах, применяемых для проведения сильно экзотермических процессов гидрирования , катализатор помещают в трубах диаметром 25—50 мм . Парогазовую смесь водорода с органическим реагентом обычно подают сверху , и реакция протекает в трубах на зернах контакта. Выделяющееся тепло снимается хладоагентом, циркулирующим в межтрубном пространстве. В качестве хладоагента особенно подходит кипящий водный конденсат; в этом случае можно утилизировать тепло реакции для получения водяного пара.

Следует ожидать, что при меньших начальных закоксованностях и более высоких концентрациях кислорода достижение максимального разогрева сместится в область конверсии углерода порядка 10%. Это отмечается в литературе и получено в работе с помощью изотермической модели. В любом случае характер распределения температуры после достижения максимального разогрева близок тому, который предсказывается при теоретическом исследовании квазистационарных решений для экзотермических процессов. Последнее наводит на мысль о возможности применения приближения квазистационарности для уравнения теплового баланса. Правда, при таком подходе пропадает качество описания переходного периода на зерне: формирование у внешней поверхности крутого температурного фронта и его последующее движение к центру зерна, сопровождающееся перестройкой температурного профиля по радиусу. С другбй* стороны, достаточно надежные результаты получены с помощью изотермических уравнений вида , которые не учитывают влияние теплопереносов на зерне в ходе всего процесса. Трудно априори отдать предпочтение одной из моделей: изотермической или квазистационарной. При моделировании процесса регенерации на зерне катализатора было использовано квазистационарное приближение для уравнения теплового баланса. С учетом сказанного выше математическое описание процесса выжига кокса на зерне катализатора представляется следующей системой уравнений :

3. Последовательность, состоящая из реактора смешения и реактора вытеснения. Достигаются высокая степень превращения сырья и высокая селективность, а также хорошая устойчивость технологического режима при проведении экзотермических процессов.

экзотермического эффекта в точке С появляется незначительный эндотермический эффект, за которым температурная кривая вьшо-лаживается и далее идет параллельно оси абсцисс. Точка 4, в которой начинается процесс, идущий с поглощением тепла, характеризует, вероятно, начало эндотермических процессов крекинга. Процессы же уплотнения , протекающие с выделением тепла, начинаются в точке В. Исходным материалом для экзотермических процессов уплотнения служат радикалы и реакционноспособные непредельные молекулы, образовавшиеся при деструкции исходных углеводородов. Отрезок термографической кривой вправо от точки С характеризует параллельное протекание процессов крекинга и уплотнения с некоторым преобладанием первого. Структура исследованных индивидуальных углеводородов и данные, полученные при их термографировании, приведены в табл. 29.

экзотермических процессов, у которых оптимален изотермический режим,