Технологические параметры ХТП

Время пребывания исходных веществ в реакционной зоне.

На выход целевого продукта и интенсивность работы аппарата

влияют не только температура, давление, концентрации исходных

веществ, но и длительность пребывания этих веществ в зоне реакции. В

аппаратах периодического действия время пребывания реагентов - это

интервал времени между загрузкой и выгрузкой аппарата. В аппаратах

непрерывного действия время пребывания исходных веществ в

реакционной зоне определяют следующим образом:

τ =V/V_t.p

где V- реакционный объем, м 3 (полезный объем аппарата),

V t,p - расход исходных веществ, поступающих в реакционный

аппарат при температуре и давлении в аппарате, м 3 /с.

Это уравнение позволяет получить истинное время пребывания

только в идеальном случае, когда все частицы в потоке имеют

одинаковую скорость и, следовательно, одинаковое время пребывания в

реакционной зоне. В общем случае рассчитанное таким образом время

пребывания является средней величиной τ ср.

Для каталитических процессов рассчитывают время

соприкосновения исходных веществ с катализатором. Его называют

временем контактирования. Время контактирования находят из

отношения свободного объема катализатора V св к расходу исходных

веществ V t,p, проходящих через катализатор при условиях процесса.

τ =V_св/V_t.p

Свободный объем катализатора - это объем пустот между

зернами и в сетках катализатора. Свободный объем V св рассчитывают

как произведение объема катализатора V k на долю свободного объема ε:

Vсв=V_k* ε

Долю свободного объема катализатора называют также

порозностью. При расчете времени контактирования во взвешенном

слое катализатора свободный объем находят как разность между

объемом, занимаемым катализатором во взвешенном состоянии, V взв, и

объемом твердых частиц катализатора V k (1- ε):

Vсв=Vвзв - V k (1- ε)

Если катализатор выполняется в виде сетки, его свободный объем

рассчитывают по формуле: Vсв=3* ε*m*S*d

где ε - доля свободного объема катализатора,

m - число сеток,

S - рабочая площадь сетки, м 2,

d - диаметр нити сетки, м,

3 - числовой коэффициент, учитывающий увеличение

толщины сетки при переплетении нитей.

Ε=1-1.57d*√n

где d - диаметр нити сетки, см;

n - число плетений сетки на 1 см 2.

Объемная скорость. Кроме времени пребывания

исходных веществ в реакционной зоне для оценки условий проведения

процесса рассчитывают объемную скорость. Объемная скорость W - это

объем исходных веществ, поступающих в реакционный аппарат в

единицу времени в фазовом состоянии, соответствующем условиям

проведения процесса (для газофазных процессов – в газообразном

состоянии), отнесенный к единице реакционного объема.

Для нахождения объемной скорости расход исходных веществ

берут как при условиях проведения процесса (температуре и давлении в

реакторе), так и при нормальных условиях (условная объемная

скорость):

W_t.p = V_t.p/V или W_н.у = V_н.у/V

где V- объем реактора.

Объемная скорость и время пребывания исходных веществ в

реакционной зоне связаны соотношением

W_t.p=1/ τ

В каталитических процессах вместо реакционного объема в

расчете объемной скорости используют объем катализатора V k:

W_t.p= V_t.p/ V_k

Аналогично рассчитывают условную объемную скорость

W_н.у = V_н.у/Vк

Алгоритм разработки ХТП. Термодинамический анализ. Константа равновесия и изобарно-изотермический потенциал. Связь константы равновесия с равновесной степенью превращения и свободной энергией Гиббса. Анализ зависимостей изменения константы равновесия от температур при различных знаках Н и S реакции.

Физико-химическая концепция метода представляет собой ту основу, на

которой создается ХТП. Это есть обоснование выбора условий проведения

процесса, катализатора, реактора, решение проблем теплоподвода и теплоотвода и

т.п. Ниже приведена схема примерного алгоритма разработки физико-химической

концепции метода: сырье –метод переработки-термодинамический анализ-анализ равновесного состояния –фазовый состав-кинетическое исследование (гомогенный-гетерогенный:лимитирующая стадия:внешняя дифф.(увеличение скорости)хим.реакция(увеличение температуры),внутреняя диффузия(дробление)-выбор катализатора (уменьшает энергию активации)-выбор оптимальных условий.