Технологический расчет времени контакта по средней степени превращения твердого реагента.
Технологический расчет времени контакта по средней степени превращения твердого реагента. - раздел Химия, Принципы составления материальных и тепловых балансов химических реакций При Известном Среднем Радиусе Твердой Частицы И Известной Кинетики Топохимиче...
При известном среднем радиусе твердой частицы и известной кинетики топохимического процесса расчет реактора сводится к определению средней степени превращения твердой фазы и уточнения времени контакта исходных веществ для последующего определения геометрических размеров реактора.
Смесь частиц с различными, но постоянными размерами в режиме идеального вытеснения.
Уравнение материального баланса для данной смеси можно записать:
Каждая частица с размером при заданном времени пребывания твердого реагента в реакторе будет иметь строго определенную степень превращения .
Следовательно, среднюю степень превращения твердой фазы можно рассчитать по уравнению:
Как известно, частицы меньших размеров взаимодействуют с газом быстрее, чем крупные частицы.
Однако поскольку время пребывания частиц в реакторе одинаково, некоторые частицы с размерами успевают полностью прореагировать за меньшее время.
Тогда для таких частиц рассчитанная степень превращения составит величину больше 1, что не имеет физического смысла.
После определения средней степени превращения определяют время контакта с газовой фазой исходя из области протекания топохимического процесса.
- кинетическая область;
- внутридиффузионная область;
- внешнедиффузионная область.
Твердый реагент состоит из частиц равных и неизменяющихся размеров и находящихся в режиме идеального смешения.
Для расчета реактора используют дифференциальную функцию распределения времени пребывания твердой фазы в кипящем слое.
Для потока твердых частиц в режиме идеального смешения со средним временем пребывания:
Для частиц одинакового размера полностью превращающихся за время уравнение будет следующим:
В зависимости от области протекания процесса конечное уравнение для расчета средней степени превращения твердой фазы будет иметь вид:
- внешнедиффузионная область:
- кинетическая область
Если лимитирующей стадией является химическая реакция
то подставляя уравнение:
получим
- внутридиффузионная область
Если лимитирующей стадией является диффузия газа через слой золы
Исходное вещество представляет собой смесь частиц с различными, но постоянными размерами и находящимися в режиме идеального смешения
Так как размеры частиц в ходе реакции не изменяются, то можно предположить, что распределение по размерам в исходном потоке, в кипящем слое и выходном потоке одинаковы, таким образом:
где G – относится к входящему и выходящему потоку твердой фазы;
W – масса твердой фазы, находящейся в кипящем слое.
Время пребывания частиц с размером Ri равно времени пребывания твердого вещества в псевдоожиженном слое
Обозначая через - степень превращения твердой фазы с размерами Ri в псевдоожиженном слое можно записать:
Комбинируя эти уравнения с учетом области протекания можно получить:
Химико технологический процесс ХТП закономерности их протекания задачи анализа синтеза и оптимизации химико технологических систем... Технологические критерии эффективности химико технологических процесса... Принципы составления материальных и тепловых балансов химических реакций...
Эмпирические методы расчета тепловых эффектов.
1. Эмпирический метод расчета газообразных веществ (при 25оС) по Коновалову:
;ккал/моль;
– теплота сгорания органических соединений до CO2 и H2
Кинетика гетерогенно - каталитических процессов.
- наблюдаемая скорость процесса ,
- наблюдаемая константа скорости, отнесенная к поверхности катализатора
- движущая сила процесса
- Внешнедиффузионная область
С
Кинетическая область.
В случае кинетической области химическая реакция является наиболее медленной и протекает в объеме фазы 1 и 2. Таким образом, общая скорость процесса равна сумме скоростей реакции в каждой фазе в от
Основные модели топохимических процессов
При описании топохимических процессов используют две модели:
1. Квазигомогенная модель
2. Модели частицы с фронтальным перемещением зоны реакции (модель частицы с невзаимодействую
Механизм и скорость процессов взаимодействия газа (жидкости).
При анализе механизма процесса для частиц с невзаимодействующим ядром можно выделить 5 стадий развития процесса (рис 2.2.):
1) диффузию газообразного (жидкого) реагента через ГЛП к поверхн
Расчет реактора РИС-П
В реакторе идеального смешения за счет эффективного перемешивания выравниваются концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции во всех точках объема реакционной массы. Для достижения эффектив
Реактор идеального вытеснения РИВ
В РИВ реакционная масса движется в одном направлении без продольного или поперечного перемещения. В виду схожести движения реакционной массы с движением поршня этот режим еще называют поршневым.
Последовательное соединение РИС-Н с одинаковым объемом
Основным недостатком единичного РИС-Н является низкая производительность в расчете на единицу объема аппарата, т.к в таком реакторе сохраняется низкая скорость процесса. Для устранения этого недост
Расчет реакторов с неподвижным слоем катализатора
Реакторы с неподвижным слоем катализатора по гидродинамическому режиму приближаются к РИВ.
Поэтому для получения проектного уравнения реактора необходимо воспользоваться уравнением мат. ба
Расчет реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора
Расчет таких реакторов заключается в определении основных размеров реактора.
Скорость, необходимая для перевода неподвижного слоя частиц катализатора в псевдоожиженное состояние зависит от
Аппарат с движущемся слоем катализатора
Движущийся слой катализатора позволяет осуществлять непрерывный процесс. Катализатор имеет форму шариков, которые движутся под действием силы тяжести сверху вниз. Реагенты движутся как сверху вниз,
Конструкции реакторов
При выборе газожидкостных реакторов необходимо учитывать возможность создания высокой поверхности контакта фаз. Это условие может соблюдаться как для газа, так и для жидкой фазы. В первом случае ис
Аппараты колонного типа (диффузионная область)
Для того, чтобы рассчитать высоту колонны во всех случаях необходимо совместно проанализировать выражение, описывающее скорость процесса и уравнение его мат баланса.
Рассмотрим гетерофазны
Аппарат колонного типа (кинетическая область)
вАг+Вж=продукты
Допущения:
-вещество Вне растворимо в газе;
- количество непрореагировавшего вещества А в жидкости мало по сравнению с содержанием А в га
Аппараты типа смеситель-сепаратор
Применяются для систем ж-ж(н) и очень редко для систем г-ж.
Обычно в реакторные узлы такого типа входят 2 устройства:
- смеситель, т.е реактор, в котором осуществляется химическое
Модели смешения фаз в реакторе полупериодического действия.
Аг+Вж=продукты
В таких реакторах газ непрерывно подается в жидкость в течение времени, за которое жидкий реагент В полностью вступает в реакцию.
При этом концентрация вещества А в
Ячеечная модель
Реальный аппарат мысленно расчленяют на N последовательных соединенных ячеек идеального смещения.
Как правило при N<10 удовлетворительно описывается реальный реактор.
Диффузионная модель
В диффузионной модели существует некий промежуточный гидродинамический режим между идеальным вытеснением и смешением.
Диффузионная модель проточного реактора учитывает перемешивание реакци
Простые необратимые реакции
Уравнение скорости экзо- и эндотермических реакций можно записать:
(8)
Как видно из уравнения скорость химической реакции является функцией нескольких переменных: температуры, сте
Обратимые химические реакции
В случае обратимых экзотермических реакций увеличение температуры будет приводить к возрастанию скорости реакции, однако в соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие будет смещаться в сторону и
Тепловая устойчивость химических реакторов
Под устойчивым тепловым режимом реактора подразумевается режим, при котором система может самопроизвольно вернуться в исходное состояние при наличии каких-то возмущений (изменение температуры, реаг
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов