54. Реализация оптимальных температурных режимов в каскаде рив при проведении обратимых экзотермических реакций.

Существует несколько применяемых на практике приемов, обеспечивающих достижение оптимального температурного режима. В одном случае процесс проводят в несколько стадий, поддерживая на каждой стадии адиабатический режим и охлаждая реакционную смесь после каждой стадии. Во втором случае тепло от реак­ционной смеси отводят непрерывно по мере выделения его в процессе реакции.

Схема построена таким образом, что на подогрев может подаваться регулируемое ко­личество исходных реагентов. Это позволяет изменять в необходимых пределах температуру реакционной сме­си на входе в каждый реактор. В каждом реакторе наблюдается адиабатический разогрев (линии I - III), а в теп­лообменниках происходит охлаждение реакционной смеси.

Схема отличается промежуточным вводом холодных реагентов. При этом охлаждение реакционной смеси между ступенями каскада сопровождается не только изменением температуры, но и изменением ее состава (т.е. снижением концентрации исходного реагента и степени превращения). Досто­инство такой схемы оформления процесса состоит в ее простоте, обусловленной отсутствием теплообменников. Недостаток схемы заключается в том, что в результате промежуточного добавления исходных реагентов (для которых Х_А = 0) снижается степень превращения с X₁ до Х₁^/, а Х₂ до Х₂^/ и т.д. Поэтому для достиже­ния заданной конечной степени превращения требуется большее общее время пребывания реагентов в каскаде.

Изображен реактор идеального вытеснения с теплообменом по всей длине его реакционной зоны. Холодные реагенты поступают в межтрубное пространство, по мере продвижения нагреваются от Т₀ до Т и входят в реактор (центральную трубу). Вначале в реакторе температура быстро повышается за счет большой скорости процесса, обусловленной высокой концентрацией исходных реагентов. В этих условиях скорость вы­деления тепла превышает скорость отвода тепла. По мере увеличения Х_А и уменьшения концентрации исход­ных реагентов скорость реакции снижается и соответственно понижается температура реакционной смеси. Этим объясняется сложный характер кривой Х_А = f(T). В начале эта кривая располагается вблизи адиабаты (пунктирная линия), затем выходит вправо от ЛОТ, а в конце процесса смещается влево от ЛОТ за счет интенсивного теплообмена в этой части реактора.

55. Реализация оптимального температурного режима в каскадах рис, рив при проведении обратимых эндотермических реакций.

56. Реализация оптимального температурного режима в каскадах рис, рив при проведении эндотермических реакций.

Важнейшим показателем, определяющим выбор реактора при проведении простой необратимой реакции, яв­ляется скорость процесса, которая должна быть максимальной. Она зависит от концентрации реагента и темпера­туры процесса, т.е. r = f (C, T). Рассмотрим изменение этих параметров в реакторах различного типа при работе их в адиабатическом режиме. Из рисунка видно, что при проведении эндотермической реакции более эффективным является РИВ, так как средние значения С_А, Т, -r_А в нем выше, чем в РИС-Н.

В качестве примера показаны схемы оформления эндотермической реакции в реак­торах вытеснения и смешения, куда поступают подогретые исходные реагенты. По мере протекания реакции температура реакционной смеси и концентрация исходного реагента в ней снижаются; соответственно снижа­ется и скорость процесса. Если процесс осуществляют в нескольких последовательно соединенных реакторах, после которых реакционная смесь дополнительно нагревается, скорость процесса более высо­кая, чем без дополнительного подогрева смеси. При таком оформлении процесса на каждой стадии создается адиабатический режим, а в целом режим приближается к политропическому и тем в большей степени, чем больше число стадий.

57. Причины отклонения от идеальности в реальных реакторах. Характеристика и уравнение материального баланса однопараметрической диффузионной модели.

58. Причины отклонения от идеальности в реальных реакторах. Характеристика ячеечной модели.

↑↑↑ смотри выше ↑↑↑

59. Интегральная и дифференциальная функции распределения времени пребывания в идеальных и реальных проточных реакторах.

60. Сущность экспериментального метода изучения функций распределения путем исследования «кривых отклика».

61. Конструкции реакторов для производства окисленного битума окислением гудрона.

Процесс окисления остаточных фракций нефти воздухом в промышленной практике осуществляется в аппаратах разного типа: кубах периодического действия, трубчатых змеевиковых реакторах и пустотелых колоннах непрерывного действия.

• Окисление в кубе - пустотелом цилиндрическом аппарате с небольшой величиной отношения высоты рабочей зоны к диаметру (обычно около 1,5 м) - осуществляют на старых установках или при производстве малотоннажных сортов битума. Этот метод используется и за рубежом.

• Окисление в трубчатом реакторе - реакторе с вертикальным расположением труб - происходит в турбулентном потоке воздуха. Движение воздуха и окисляемого сырья - прямоточное. Прореагировавшая газожидкостная смесь поступает из реактора в испаритель, где разделяется на газы и жидкость. Газы уходят с верха испарителя на обезвреживание, а жидкая фаза - битум - из нижней части испарителя откачивается в парк.

• Окисление в колонных аппаратах. В последние годы широко применяются полые окислительные колонны в качестве реакторов непрерывнодействующих битумных установок. Непрерывнодействующая окислительная колонна характеризуется высокой производительностью, простым конструктивным оформлением, она легко управляема в процессе эксплуатации. Наличие на установке нескольких одинаковых колонн обеспечивает гибкость в работе, что весьма важно при широком ассортименте вырабатываемых битумов и сезонных его колебаниях. Достоинствами процесса окисления в аппаратах колонного типа являются также возможность стабилизации теплового режима окисления за счет изменения температуры сырья, поступающего в колонны, применение компрессоров низкого давления и возможность широкой степени автоматизации.

• Пустотелая окислительная колонна:

• Окислительная колонна с квенчинг-секцией:

Грудников И.Б. и Фрязинов В.В. предложили проводить окисление в ко-лонне с квенчинг-секцией, в которой возможно поддержание оптимально высоких температур в зоне реакции колонны, обеспечивающих высокую степень использования кислорода воздуха, и оптимально низких температур в зоне сепарации, при которых не происходит закоксовывания стенок этой зоны. Сущность предложения заключается в конструктивном разделении зон реакции и сепарации, а также в охлаждении сырьем реакционной газожидкостной смеси, выходящей из зоны реакции в зону сепарации; при этом сырье попадает вначале в зону сепарации, только оттуда вместе с рециркулятом направляется в зону реакции.

• Окислительная колонна с внутренним стаканом:

Несмотря на значительно большую эффективность работы, по сравнению с пустотелыми колоннами окисления нефтяных остатков, колонны с квенчинг-секцией все же имеют правда менее выраженные, но те же недостатки, что и первые. В связи с этим, продолжаются попытки создания соответствующего оборудования, позволяющего уйти от режима взаимного перемешивания сырья и продуктов к режиму окисления близком к более эффективному идеальному вытеснению. Это возможно осуществить путем установки внутреннего стакана в окислительной колонне.

• Окислительная колонна фирмы «Пернер» (Австрия):

Принципиальная схема устройства окислительной колонны, используемой в технологии фирмы «Пернер» представлена на рисунке. По заверению специалистов она отличается хорошей работоспособностью. Ее отличительной особенностью является не только наличие перемешивающего устройства, но и внутреннего стакана. Таким образом, несмотря на большое количество работ в области усовершенствования аппаратурного оформления процесса получения окисленных битумов, работы в этом направлении продолжаются.