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:

 

 

где V - реакционный объем, м³ (полезный объем аппарата),

V_{t, p} - расход исходных веществ, поступающих в реакционный аппарат при температуре и давлении в аппарате, м³/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 t_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.

 

(1.35)

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 e:

 

 

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-e):

 

 

Если катализатор выполняется в виде сетки, его свободный объем рассчитывают по формуле:

 

где e - доля свободного объема катализатора,

m - число сеток,

S - рабочая площадь сетки, м²,

d - диаметр нити сетки, м,

3 - числовой коэффициент, учитывающий увеличение толщины сетки при переплетении нитей.

 

 

где d - диаметр нити сетки, см;

n - число плетений сетки на 1 см².

 

В качестве примера рассмотрим расчет времени контактирования реагентов для синтеза дивинила.

Исходные данные:

В реактор поступает 40 г/ч 95%-го (масс.) этанола. Температура в реакторе 400^ОС, давление - 740 мм рт.ст. Объем катализатора 60 мл, доля свободного объема катализатора - 0, 6.

 

 

м³

 

где V_{1, t, p} и V_{2, t, p} - расходы паров этанола и воды, поступающих в реактор при условиях процесса, м³/с.

Таким образом,

 

м³/с,

где 46 и 18 - молекулярные массы этанола и воды.

Окончательно,

сек

 

1.3.2. 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):

(м³/м³∙ ч=ч^-1)

или

где V- объем реактора.

 

Объемная скорость и время пребывания исходных веществ в реакционной зоне связаны соотношением

 

В каталитических процессах вместо реакционного объема в расчете объемной скорости используют объем катализатора V_k:

 

или с учетом 1.35

где e - доля свободного объема катализатора,

t - время контактирования

Аналогично рассчитывают условную объемную скорость

 

Раздел 2

 

 

Технология неорганических веществ

2.1. Каталитическое окисление аммиака

2.1.1. Цель работы. Знакомство с основными закономерностями и обоснованием выбора условий реализации сложного, необратимого, каталитического, гетерогенного процесса и расчет основных технологических показателей.