Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ АППАРАТОВ
Посмотреть оригинал

Химические процессы

При решении задач проектирования химических реакторов необходимо рассматривать последние на микро- и макроуровнях. На макроуровне определяются закономерности протекания химических превращений при воздействии на них процессов переноса массы, тепла, импульса, т. е. решается вопрос о выборе наилучшего типа промышленного реактора и определения его конструкционных и рабочих условий.

Исследования на микроуровне проводятся для всех типов реакторов. Они заключаются в определении механизма протекания химических реакций и построении кинетических моделей. Для этого необходимо выполнить следующее.

  • 1. С использованием принципов стехиометрического анализа по априорной (логической, качественной и количественной) информации методами общей алгебры осуществить синтез возможных механизмов химической реакции. При расчете возможных механизмов реакции на ЭВМ учитываются как качественный и количественный состав реагирующих молекул, так и их геометрическая конфигурация и оптические свойства. На основе качественной теории дифференциальных уравнений прогнозируются динамические свойства химического процесса и определяются необходимые условия наличия или отсутствия у химических систем колебательных динамических режимов или множественности стационарных состояний.
  • 2. Для непротиворечивой априорной информации о механизмах и кинетических моделях - провести построение стандартного плана эксперимента. По его результатам оценить константы конкурирующих кинетических моделей.
  • 3. Обычно стартовые оценки констант получаются с неудовлетворительной точностью, поэтому требуется проведение уточняющего эксперимента (последовательно планируемого). В зависимости от дисперсионной матрицы оценок выбирается критерий оптимальности уточняющего плана. Обычно в качестве критерия используют А-, Д-, Е-критерии или их линейные или нелинейные комбинации. Необходимо также осуществить проверку адекватности моделей по определенным статистикам и при необходимости выполнить направленную их коррекцию (после установления причин возможной неадекватности в результате выполнения дисперсионного анализа моделей).
  • 4. Для многооткликовых ситуаций - осуществить последовательное планирование дискриминирующих экспериментов и дискриминацию моделей статистическими методами, не предусматривающими предварительной линеаризации моделей. Основными методами дискриминации являются энтропийный и последовательного отношения вероятностей.

Если исследования на микроуровне являются достаточно общим подходом не только при анализе реакторных процессов, то задачи, решаемые на макроуровне, различаются в зависимости от типа реактора.

Химические реакторы принято классифицировать по фазовому признаку реагирующих систем на гомогенные и гетерогенные, а по способу организации - на непрерывные, полунепрерывные, периодические и циклические.

Гомогенные реакции протекают в одной фазе - жидкой или газовой (соответственно реакторы жидкофазные и газофазные), и не сопровождаются фазовыми переходами. При их расчете основное внимание уделяется учету влияния неравномерности распределения тепла и массы (поперечных и продольных градиентов), конвективного переноса (диффузии) и теплопроводности на селективность и производительность реактора.

Гетерогенные реакции сопровождаются транспортными явлениями внутри фаз и между ними. Это реакции в системах газ - жидкость, жидкость - жидкость, газ - твердое тело, жидкость - твердое тело, газ - жидкость - твердое тело (катализатор), причем они могут протекать в сплошной фазе, дисперсной фазе или одновременно в обеих фазах. Совокупность факторов, которые необходимо учитывать при проектировании гетерогенных реакторов, весьма обширна и разнообразна и зависит от фазового состояния реагентов и продуктов реакции, их аппаратурного оформления. Поскольку химическому превращению предшествует стадия транспортирования вещества из фазы в зону реакции и отвод продуктов реакции, скорость протекания собственно химического взаимодействия будет определяться соотношением скоростей химического превращения и массопереноса, и, в зависимости от превалирования одной из составляющих, она будет протекать или в диффузионной, или в кинетической области. Поэтому очень важно обеспечивать необходимые условия массопереноса за счет гидродинамических факторов, т. е. состояния фаз, а также за счет агрегатного состояния реагентов (например, распределения частиц по размерам в случае реакций с твердой фазой).

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы