Заключение

В пособии рассмотрены основные типы каталитических реакторов с неподвижным слоем катализатора: адиабатический реактор, трубчатый и комбинированный реакторы.

Приведено и обосновано математическое описание реактора с неподвижным слоем катализатора, применяемое для расчета реакторов указанных типов. Приведены зависимости для расчета эффективных параметров переноса тепла и вещества.

Представлены возможности программного обеспечения «Реактор», предназначенного для определения оптимальных стационарных режимов в неподвижном слое катализатора. Подробно описан интерфейс для ввода параметров и вывода полученных результатов.

Приведен перечень заданий, предназначенных для решения с помощью пакета «Реактор», примеры выполнения заданий, в которых на примере конкретного процесса подробно проведено теоретическое исследование процесса в неподвижном слое катализатора в реакторах трех типов: адиабатическом, трубчатом, комбинированном, контрольные вопросы. Задания посвящены исследованию влияния таких параметров, как расход реакционной смеси, геометрические характеристики реактора, входные концентрации реагентов, размер частиц катализатора, порозность слоя, активность катализатора, соотношение длин трубчатой и адиабатической части в комбинированном реакторе и т. д. на коэффициенты тепло-, массопереноса и на основные характеристики процесса: степень превращения исходного реагента на выходе из реактора и максимальную температуру в реакторе.

Обозначения

с_p – теплоемкость газовой смеси при р.у., Дж/(кг·К);

D_r^е – эффективный коэффициент диффузии по радиусу трубки при р.у., м²/с;

D_l^е – эффективный коэффициент диффузии по длине трубки при р.у., м²/с;

d_e = 4 / S – эквивалентный диаметр, м;

d_p – диаметр частицы катализатора, мм;

D_tube – диаметр трубки в трубчатом реакторе, см;

D_аd – диаметр адиабатического реактора, м;

F – площадь поперечного сечения реактора, м²_;

G – расход газовой смеси, кг/с;

C_iⁱⁿ – входная концентрация вещества, об. %;

L – длина слоя, м;

М_i – молекулярный вес i-го вещества, кг/кмоль;

N_r – число реакций;

N_k – число ключевых веществ;

N_tube – число трубок в трубчатом реакторе;

P – давление, атм;

Pr = C_p / _g – критерий Прандтля;

Q_j – тепловой эффект j-й реакции, ккал/кмоль;

r – координата по радиусу трубки, м;

R – радиус трубки, м;

Re_е = V_e d_е _g /  – эквивалентный критерий Рейнольдса;

S – наружная поверхность зёрен в единице объёма слоя, м^-1;

T, T_w,T_in – температура в трубке, холодильника, входная, °С;

T_ref – опорная температура (температура, при которой рассчитываются теплофизические свойства газовой смеси), ^оС;

– линейная скорость на полное сечение трубки при р.у., м/c;

V_e = V/ – эквивалентная скорость (скорость скольжения потока отн. зёрен), м/с;

W_j – наблюдаемая скорость j-й реакции, кмоль/(м³_кат·с);

W_j^ – скорость j-й реакции в кинетической области, кмоль/(м³_кат·с);

x_i, x_iⁱⁿ – концентрация i-го вещества в слое и на входе в слой, весовые доли;

l – координата по длине трубки, м;

_w – коэффициент теплообмена с холодильником, ккал/(м²·с·К);

 – пористость слоя;

η – степень использования внутренней поверхности катализатора;

_g – коэффициент теплопроводности газа, ккал/(м·с·К);

_r^е – эффективный коэффициент теплопроводности по радиусу трубки, ккал/(м·с·К);

_l^е – эффективный коэффициент теплопроводности по длине трубки, ккал/(м·с·К);

_ij – стехиометрический коэффициент i-го вещества в j-й реакции;

 – динамическая вязкость газовой смеси, кг/мс;

_g – плотность газовой смеси при р.у., кг/м³;

_с– время контакта, с;

Индексы

out – выходной cold – холодильник

in – входной tube – трубка

ad – адиабатический w – стенка

r – реактор all – общий

ap – аппарат e – эквивалентный

ref – опорный р.у. – рабочие условия

max – максимальный