Să considerăm un reactor cu două secțiuni.
Între secțiuni instalate schimbător de căldură extern. Volumul primei secțiuni este calculată astfel încât temperatura și compoziția amestecului de reacție la ieșirea din prima secțiune a zonei de delimitare superioară corespundea temperaturii optime.
Se încălzește suprafața de schimb și schimbător de căldură calculat parametrii agentului de răcire, temperatura amestecului de reacție la intrarea a doua secțiune corespunde limitei inferioare a temperaturii optime.
Volumul a doua secțiune calculează condiția ca temperatura și compoziția amestecului de reacție la ieșirea din a doua secțiune corespunde limitei superioare a temperaturii optime. Folosind acest sistem se poate realiza în mod substanțial de conversie de 100%, în ciuda parametrilor de echilibru. (Reactor multisection Exemplu utilizat pentru a contacta oxidarea SO2).
Avantajele multiple-reactor:
Structura 1.Prostota (modul adiabatică).
2.Nalichie resurse termice secundare din cauza căldurii externe.
Contra multiple reactoare:
1.Slozhnost asociată cu schemă tehnologică prezența echipamentului de schimb de căldură extern.
catalizatori de temperatură ridicată funcționează pe rafturi inferioare. catalizatori de temperatură joasă funcționează pe un raft de mare, în cazul în care este justificată economic, deoarece catalizatorii de temperatură scăzută au un preț ridicat.
O astfel de schemă MultiCell aplicabilă reacțiilor endoterme.
Diferența semnificativă este absența temperaturilor optime de câmp de sunet punct de vedere tehnologic.
Volumul fiecărei secțiuni se calculează din costurile de producție minime și prestate în schimbătorul de căldură se realizează la o valoare de staniu. În special, în conformitate cu acest sistem este procesul de reformare a aburului de metan.
Prin procese eterogene includ procese în sistemele:
- Gas-solid;
- Gaz-lichid;
- Lichid-solid;
- Produsul solid-solid;
- separare lichid-lichid (dacă nemiscibile).
O trăsătură distinctivă a oricărui proces este prezența unei suprafețe interfaciale heterogen, care poate fi constantă sau variază în timp.
Când curge proces eterogen, împreună cu etapele pur chimice și etapele de difuzie există, deci identificarea este important pas de limitare a vitezei pentru gestionarea proceselor eterogene.
Pentru a identifica etapa de limitare a ratei de investigat dependența vitezei de reacție la temperatură. Această dependență poate fi împărțită în trei zone:
1. Rata crește cu creșterea temperaturii de proces și legea
Arrhenius. Regiunea cinetică a parametrilor procesului de guvernare sunt mikrokineticheskie - T, P, C.
3. Rata de proces este practic independentă de temperatură - Diffusion
zona. energia de activare difuzie scade și, respectiv, modificarea temperaturii nu alterează coeficientul de difuzie, iar valoarea vitezei este schimbat ușor. Parametrii de control aici - macrokinetic asociat cu viteza de alimentare a reactanților, gradul de amestecare și agenți de dispersie. În această regiune, în conformitate cu rata de difuziune a primei legi a lui Fick, parametrul de control este concentrația reactivilor, dar distinctiv al regiunii de difuzie este o primă reacție ordin, indiferent de componenta ordinea reacției sau reacțiilor moleculare.
2. Regiunea de tranziție.
Viteza crește odată cu creșterea temperaturii, dar legea Arrhenius nu este respectată. Aici manageri și factori macrokinetic și mikrokineticheskie, dar intensitatea impactului acestora asupra procesului este mai mică decât suprafața de curgere corespunzătoare. Din punctul de vedere al regiunii de tranziție de reacție mai puțin promițătoare, dar ar trebui să se țină seama de faptul că, în cursul procesului de eterogenă se poate deplasa de la o zonă la alta, astfel încât să împiedice trecerea de schimbare într-un singur parametru mikrokineticheskih, de obicei, să însoțească o schimbare de orice parametru Macrokinetic.
proces de eterogena - un proces cu mai multe etape. Cel mai simplu proces este un sistem de gaz lichefiat, care are loc de obicei în trei etape:
I. Domeniul de difuzie extern - alimentarea cu gaz și lichid la interfața, care este generată în mod artificial în majoritatea covârșitoare a cazurilor (coloana sedimentară);
II. interacțiune chimică (regiunea cinetică);
III. Eliminarea produselor din interfață (extern difuzie regiune percolare).
In cele mai multe cazuri, procesele din fluxul de gaz lichid sistem în regiunea de difuzie exterioară, astfel încât proiectarea echipamentelor necesare pentru a rezolva simultan problema creșterii debitului de alimentare reactant linear și mărind suprafața suprafață a duzei. Pentru a crea suprafața necesară suprafeței de contact fază necesară pentru a reduce dimensiunile liniare ale duzei, astfel, crește rezistența la o creștere a vitezei liniare, astfel încât este necesar să se găsească optim.
absorbanți de spumă nu este, de asemenea, utilizat pe scară largă, deoarece acestea au o rezistență hidrodinamică scăzută. coloanele ambalate foarte kapitalozatratnye, în timp ce spuma amortizoarele rata de 10 ori mai mare decât cea a coloanelor ambalate.
Temperatura în timpul absorbției nu este parametrul de control, deoarece temperatura crește solubilitatea unui gaz într-un lichid descrește. Prin urmare, creșterea temperaturii începe numai atunci când rata totală de absorbție este limitată printr-o reacție chimică.
Procese în substanță solidă de gaz este foarte dificil de tratat. Procesul este reprezentat ca un set de 11 etape:
1. Difuzia reactant gazos la suprafața particulelor solide (externe
2. Difuzia reactant gazos prin stratul de produs la suprafață
interfață (difuziune internă);
3. Adsorbția gazului reactant la interfață;
4. Dizolvarea reactant gazos în materialul de pornire solid;
5. Difuziunea limita de fază la un potențial centru
formarea unei noi nuclee de fază;
6. Reacția chimică;
7. Difuziunea potențialului formării unui nou centru de miez de fază
interfață de suprafață;
8. Dizolvarea reactant gazos în materialul de pornire solid;
9. desorbție reactant gazos din interfața;
10. Difuzia reactant gazos prin stratul de produs de pe suprafața
interfață (difuziune internă);
11. Difuzia reactant gazos de la suprafața particulelor solide (externe
Toate cele 11 etape sunt deținute numai în cazul în care
ATV + VgAZ = PTS + Dgaz,
Dacă Atv = PTS + Dgaz - 6 etape, începând cu al șaselea primul;
Dacă Atv VgAZ = PTS + -6 trepte, începând cu primul șaselea.
Pentru a descrie cinetica interacțiunilor fază solidă folosind trei modele de bază de formare a nucleelor unei noi faze:
A. Formarea nucleii unei noi faze are loc cu aceeași probabilitate în toate
suprafața exterioară a particulelor solide în aplicarea condițiilor fizice ale procesului. Acest model poate fi aplicat atunci când se analizează procesele de degradare a materialului solid, dacă temperatura de proces este mai mare decât temperatura de pornire de descompunere. În acest caz, la punerea în aplicare a condițiilor fizice ale întregii suprafețe a produsului acoperit proces cu pat de particule solide și în continuare avansul la interfața este determinată numai de rezistența de difuzie cauzate ca porozitatea produsului și mărimea particulelor solide.
B. Formarea nucleelor de faze noi pe centrele active din aceeași
probabilitate. Ca site-urile active ale cristalului defecte zăbrele sunt considerate materiale solide și includerea urmelor, care sunt întotdeauna prezente în orice material. Conform modelului se presupune că site-urile active sunt distribuite uniform pe toată suprafața particulelor solide, iar procesul de implementare a condițiilor fizice de pe suprafața particulelor solide se formează un număr fix de nuclee ale unei noi faze. Ulterior creștere nuclee se observă că în porțiunea inițială în perioada inițială de timp duce la o creștere a interfeței, și în reducerea acesteia. Matematic, acest model este descris de zonele unde este în scădere
x gradul de conversie al materialului solid;
la o viteză constantă, în conformitate cu ecuația Arrhenius;
procesare t timp a materialului solid.
Contractant model de sferă descrie bine procesul de descompunere a materialului solid și unele dintre procesele asociate cu eliberarea de reactant gazos.
C. Model de creștere exponențială a numărului de nuclee ale unei noi faze. cea mai adecvată
model potrivit pentru orice proces. Modelul presupune că site-urile active de pe suprafața particulelor solide este energetic eterogen. Pentru punerea în aplicare a condițiilor fizice ale nucleului noii faze a procesului sunt formate pe centre active având cel mai mare exces de energie. Aspectul interfeței duce la centrele de activare cu energie mai puțin irosite decât în momentul inițial.
Dependența ratei procesului privind timpul de prelucrare a materialului solid.
OA - perioada de inducție. Acesta este conceput pentru a stoca energie în solid. Se crede că, în timpul perioadei de inducție, de conversie a fluxului primar, ceea ce duce la apariția primelor nuclee de noua fază. Este evident că perioada de inducție depinde de temperatură.
AC - perioada de accelerare. Există două procese paralele au loc: formarea de nuclee ale noii faze și creșterea deja formate în secțiunea inițială AB. Rata de creștere este asociată cu o creștere a numărului de nuclee ale unei noi faze ca viteza de creștere pe soare, este asociată cu o creștere a nucleelor.
CD - perioada de viteză maximă.
DE - recesiune. La punctul D nucleele în creștere încep să contacteze reciproc (încercări de a crește în profunzime sau în sus). La punctul E procedeul continuă a regiunii de difuzie, adică aici întreaga suprafață a nucleelor de particule solide acoperite cu noua fază.
Erofeev ecuație, în care n-constant Erofeev. Sensul său fizic este legat de numărul de nuclee ale unei noi faze, cea care activează nucleul rezultat. Determinată experimental.
Regiunea de difuziune externă a procesului în sistemul de gaz / solid.
Pentru a calcula rata gazului de proces în sistemul / solid reprezintă că particula sferică este suflat printr-un flux de gaz se deplasează cu o viteză # 969;.
Deoarece particula are o suprafață rugoasă există în jurul particulelor prakticheki strat limita staționară de gaz, oferind rezistența principală a procesului de difuzie a gazului reactant la suprafața particulei solide.
Grosime Edge sloya- # 948;.
Concentrația componentului gazos pe suprafața exterioară a stratului limită este aceeași ca și concentrația unui component în fluxul de bază.
Concentrația componentei pe suprafața particulelor solide-ZBS.
Viteza procesului în domeniul extern difuzie- UKD.
Aceasta este o zonă de difuzie convectiv.
Conform primei legi a lui Fick obținem:
-diferența de concentrație a unei anumite componente gazoase.
-Grosimea Border a filmului.
-Coeficientul de transfer de masă în difuzie convectiv.
Pe baza acestor rapoarte, putem spune că rata de proces eterogen în difuzie convectiv depinde de natura componentelor gazoase, concentrația componentelor gazoase și viteza de alimentare lineară a reactanților.
Viteza de alimentare lineară a reactanților determină grosimea marginilor filmului. Printre cele mai importante dintre toți factorii care influențează puternic fluxul procesului este viteza de alimentare lineară a reactanților. Factorul principal de control în convectiv ratei de alimentare difuzie liniară a reactanților.
Prin urmare, luând următoarea ipoteză: când o moleculă de gaz pentru a ajunge la suprafață, atunci este reacționat imediat. Rata de conversie chimică mai mare decât viteza de difuzie convective.
Această ipoteză permite conversia completă timp de calcul în timpul procesului de curgere în difuzie convectiv.
Folosind regula că orice număr de particule de gaz să iasă la suprafață, o cantitate de solid a intrat în reacție.
Rata poate fi exprimată ca variația masei de materie solidă, menționată suprafața de contact a fazelor și intervalul de timp în care a avut loc interacțiunea.
Această ecuație se referă timpul de procesare a materialului # 964;, originalul raza particulei R și raza părții nereacționat (raza de bază nereacționat).
-timp de conversie completă.
Intensitatea procesului în regiunea exterioară adăugarea difuză la factorii menționați anterior afectează dimensiunea și particulele procesate.
În cazul în care amploarea stratului de suprafață # 948 = 0, atunci rata de difuziune convectiva disproporționat mai mare decât rata unei reacții chimice și cantitatea de reactanți gazoși inițiale, este alimentat la interfață, nu are timp să reacționeze. Ca rezultat, transformarea materiei solide este nesemnificativă. Acest lucru poate fi ușor de ilustrat prin tratamentul termic într-un pat fluidizat (determinat de intervalul vitezei de curgere, care se află între viteza de pornire de cântărire a particulelor la o viteză de transport pneumatic care începe).
De fapt, se pare că materia solidă nu răspunde așa cum face fluxul camerei de lucru.
proces de rezistență majoră în regiunea difuză centrată în timpul transportului reactanților prin stratul de produs de reacție, format pe suprafața particulei solide.
Viteza de prelucrare în domeniu va vnutridiffuznoy concentrație determinată a componentelor de pe suprafața particulelor solide și mărimea particulelor solide. Coeficientul de difuzie este determinată în mare măsură de structura stratului poros de produs, deoarece în timpul trecerii prin stratul de molecule de produs se ciocnesc reactanților gazoși nu numai între ei, ci și cu porii peretelui.
Factorul determinant în procesul de control al fluxului în domeniul vnutridiffuznoy, dimensiunea particulelor prelucrate.
Procedând în pat fluidizat, stratul exterior al produsului este îndepărtat mecanic de la suprafață, cu toate acestea nu au fost observate în timpul acestui proces de difuziune internă.
Tot timpul este actualizată suprafață solidă. Formată particule fine.
Această ecuație nu este utilizat pentru calculul efectiv.
Se crede că viteza de difuzie a ridicat externe. După ce molecula de substanță gazoasă plăcut la suprafață, a intrat imediat o reacție chimică. Concentrația acestei substanțe pe suprafața este zero.
Această ecuație este utilizată pentru a descrie procesul real.
Utilizând procedura pentru timpul de difuzie convective se determină procesarea completă a materialului solid.
-densitatea materialului solid.
Timpul depinde de pătrat. prin urmare, dimensiunea particulei este principalul parametru de control. faza de delimitare a unui astfel de proces variază în timp.
Zona de curgere cinetic al procesului eterogen
Sub acest domeniu să înțeleagă etapele procesului de absorbție la o interacțiune chimică. Prin urmare, viteza în regiunea cinetică.
-rată constantă a reacției chimice de suprafață.
ZBC este concentrația unui component gazos pe interfața.
# 945, este ordinea de reacție pentru această componentă.
Procedura ia în considerare inhibarea reacției care poate avea loc în etapa de adsorbție, dizolvarea într-un solid și difuzie la formarea situsului activ al unei noi nuclee de fază.
dacă # 945; = 1, putem obține o ecuație generală pentru o viteză de proces eterogen folosind regula că, indiferent de etapa de limitare a vitezei, viteza tuturor etapelor sunt numeric egală cu viteza de cel mai lent pas.
-concentrația componentei gazoase din nucleul fluxului de gaz.
Este evident că rezistența principală a transferului de masă este concentrată în regiunea difuziei convective și coeficientul de transfer de masă va fi egal cu coeficienții.