Главная -> Словарь

Идеальному вытеснению

Реакторы, в которых процессы проводятся непрерывно, делятся по А. Н. Плановскому на аппараты идеального вытеснения и аппараты идеального смешения.

Аппаратами идеального вытеснения называются такие, в которых время пребывания любой частицы одинаково и равно расчетному времени пребывания всей реакционной смеси в аппарате, т. е. полностью отсутствует внутренняя циркуляция и движение всех частиц является поступательным. К таким аппаратам можно отнести колонные и змеевиковые реакторы:.

Таким образом, аппараты идеального смешения, к которым, в частности, можно отнести реакторы с кипящим слоем порошкообразного материала, имеют ряд преимуществ по сравнению с аппаратами идеального вытеснения.

Вследствие интенсивной внутренней циркуляции время пребывания отдельных частиц в реакторе неодинаково, в результате чего часть продуктов реакции задерживается в зоне реакции очень долго, а часть сырья уходит из зоны реакции, не успев прореагировать. Так, время пребывания частиц в аппарате с полным внутренним перемешиванием составляет 0,632 от времени пребывания этих частиц в аппарате идеального вытеснения.

Концентрационный коэффициент полезного действия равен частному от деления времени пребывания в аппарате идеального вытеснения т„ на время пребывания в аппарате идеального смешения тн, необходимых для достижения одинаковой глубины превращения:

Чем выше концентрационный к. п. д. г)к, тем меньше реактор по эффективности работы отличается от аппарата идеального вытеснения.

Если известны истинное или фиктивное время реагирования в аппарате идеального вытеснения или лабораторном аппарате периодического действия, то необходимый объем реального аппарата, в котором имеется внутренняя циркуляция, определяется по уравнению

На основании конкретного представления об условиях осуществления процесса различают следующие типовые математические модели по структуре потоков в аппаратах: модель идеального смешения; модель идеального вытеснения; однопараметрическая диффузионная модель; двухпараметшческая диФ-_ фузионная модель; ячеечная модель; комбинированные модели. Математические описания перечисленных моделей будут рассмотрены в последующих разделах учебного пособия.

3.1. Модель идеального вытеснения и её характеристика

где С - концэнтрация субстанции ; ?- время; U - линейная скорость потока; X - координата. Модели идеального вытеснения, в первом приближении, соответствуют процессы, происходящие в трубчатых аппаратах при отношении длины трубы к диаметру более 20.

На рис. 3.2 показан элемент аппарата и изображены следующие условные обозначения: Свх, Свых - концентрации субстанции в сечениях на границе элементарного объема /IV , на элементарном участке ДХ ; 1ВХ - поток, входящий в элементарный объем; 1ВЫХ - поток на выходе из элементарного объема; S - сечение аппарата; U - линейная скорость потока. Рассмотрим вывод уравнения модели идеального вытеснения.

В реакторах с движущимся слоем шарикового катализатора катализ, массо— и теплообмен осуществляются фильтрацией прямотоком в режиме, близком к идеальному вытеснению, то есть в реакторе интегрального типа. К недостаткам реакторов этого типа следует отнести:

Особенностью производства битумов в трубчатом реакторе является протекание стадии собственно окисления в режиме, близком к идеальному вытеснению . В этом случае для обеспечения приемлемой скорости реакции необходимо уже на вход в реактор подавать нагретые реагенты. В дальнейшем же во избежание перегрева реакционной смеси ее необходимо охлаждать. Таким образом, вначале требуются затраты энергии на нагрев сырья в трубчатой печи, а затем — на охлаждение реагирующих фаз потоком вентиляторного воздуха . При использовании легкого сырья или при сравнительно глубоком окислении нагрев сырья в трубчатой печи можно заменить нагревом в теплообменниках битум — сырье . Средняя температура в реакторе должна быть не ниже 265 °С, иначе реакция окисления резко замедляется .

Аналогичная ситуация складывается и при расчете процесса в аппарате с восходящим потоком катализатора. Для такого режима можно считать, что как поток углеводородов, так и поток катализатора близки к идеальному вытеснению, и пользоваться математическим описанием вида, приведенного на стр. 99. Одна-

рокрекингу газойлей используют такие уравнения . Принимая, что режим в 'промышленном реакторе со стационарным слоем близок к идеальному вытеснению ,, можно получить математическое описание гидрокрекинга в виде системы уравнений материальных и теплового балансов для адиабатического реактора.

3) режим потока пара на тарелке близок к идеальному вытеснению, жидкости — к идеальному смешению; унос жидкости паром отсутствует ;

Интересно отметить, что применяя для аппаратов с кипящим слоем С140а в качестве индикатора, мы наблюдаем при малых диаметрах аппарата режим, близкий к идеальному вытеснению. При увеличении диаметра установлен двухфазный режим, характеризующийся двумя пиками на кривой отклика и значительным продольным перемешиванием. Дальнейшее увеличение диаметра приводит к режиму, близкому к идеальному перемешиванию.

Уже отмечалось, что гидрокрекинг смесей удовлетворительно описывается уравнениями первого порядка. В настоящее время для обработки экспериментальных лабораторных данных по гидрокрекингу газойлей используют такие уравнения . Принимая, что режим в промышленном реакторе со стационарным слоем близок к идеальному вытеснению , можем получить математическое описание гидрокрекинга в виде системы уравнений материальных и теплового балансов для адиабатического реактора .

В этом случае приходится проводить процесс в проточном интегральном реакторе в условиях, когда физический транспорт может тормозить химические превращения. Отметим, что если изучение процесса на единичном зерне катализатора возможно при неизменных каталитических свойствах, оно безусловно является полезным, хотя и не исключает опытов с интегральным реактором. В интегральном реакторе можно создать условия, близкие к идеальному вытеснению, и изотермическое поле, что особенно удобно для исследования кинетики. Так, Шваб показал, что продольная диффузия не влияет на процесс в реакторе длиной несколько сантиметров при линейных скоростях в несколько сантиметров в секунду.

По мнению В. С. Бескова, В. П. Кузина и М. Г. Слинько , режим, близкий к идеальному вытеснению, наблюдается для многих промышленных реакторов. Условия, позволяющие создать режим идеального вытеснения в проточном реакторе , описаны в монографии . Теория изотермических проточных реакторов идеального вытеснения детально разработана в работах Г. М. Панченкова . Т$ трудах Г. М. Панченкова с сотрудниками показано хорошее соответствие уравнений, выведенных на основе теоретических соображений, экспериментальным данным. Все это объясняет тот факт, что при изучении процессов нефтепереработки до настоящего времени используют главным образом интегральные проточные реакторы.

тализатору и идеальному вытеснению по газовой фазе . В результате такая модель насыщена эмпирическими коэффициентами, а константа скорости реакции по удалению углерода находится из зависимости ее от линейной скорости газового потока . Разумеется, предсказания и оценки, получаемые по подобным моделям, будут справедливы только в той области параметров, в которой были проведены оценки полуэмпирических констант.

2. Более интенсивное протекание реакции крекинга, обусловленное тем, что паровая и твердая фазы движутся в реакторе в режиме, близком к идеальному вытеснению. Поскольку продольное перемешивание невелико, выравнивания активности катализатора по объему не происходит.