Влияние температуры, давления, объемной скорости подачи сырья, кратности циркуляции катализатора и качества сырья

28. Влияние температуры, давления, объемной скорости подачи сырья, кратности циркуляции катализатора и качества сырья на показатели каталитических процессов.

Знание основных закономерностей физико-химической техноло­гии дает возможность определить оптимальные условия  процесса, проводить его наиболее эффективно с максимальным выходом, обес­печить получение продуктов высокого качества. Технолог пользуется основными закономерностями при анализе существующего производ­ства для его улучшения, и в особенности — при организации нового процесса. Технологический режим — совокупность основных факторов (пара­метров), влияющих на скорость процесса, выход и качество продукта. Для большинства ФХТПУС основные параметры технологического ре­жима: температура, давление, применение катализатора и активность его, концентрации взаимодействующих веществ, способ и степень пе­ремешивания реагентов.  

Для характеристики глубины контактного процесса введено понятие объемной или массовой скорости подачи сырья. Скорость подачи сырья в реактор измеряют в м³/(м³*ч) или в кг/(кг*ч), т.е. в обоих случаях после упрощения размерность относительной скорости подачи сырья получается ч^-1. Поскольку плотность сырья и насыпная плотность катализатора не совпадают, численные значения объемной и массовой скорости не равны и лучше писать их величину полностью.

Для систем с подвижными твердыми частицами применяют еще понятие кратности циркуляции, означающее массовое отношение циркулирующего катализатора к сырью и выражаемое безразмерной величиной в кг/кг.

Если массовая скорость подачи сырья равна g (ч^-1), а кратность циркуляции n (кг/кг), то длительность пребывания катализатора в реакционной зоне составит (в ч):

τ = .

При понижении массовой (или объемной) скорости подачи сырья процесс углубляется. При увеличении кратности циркуляции длительность пребывания катализатора в реакционной зоне сокращается и тем самым повышается его средняя каталитическая активность. Однако при этом увеличиваются энергетические затраты на транспортирование, ухудшается процесс отпаривания или повышается соответствующий расход пара.

С повышением температуры процесса с псевдоожиженным слоем критическая скорость псевдоожижения, а, следовательно, и практическое значение приведенных скоростей псевдоожижения уменьшаются. Связано это с тем, что вязкость пара или газа с повышением температуры возрастает в большей степени, чем уменьшается плотность данного газа.

Бесплатная лекция: "Особенности системы целей предприятия" также доступна.

С повышением давления увеличивается вязкость газа и тем снижается критическая скорость псевдоожижения. Влияние давления особенно заметно до 5 – 6 МПа и возрастает для более крупных частиц катализатора.

Параметры технологического режима определяют принципы конст­руирования соответствующих реакторов. Оптимальному значению па­раметров технологического режима соответствует максимальная произ­водительность аппаратов и наибольшая производительность труда пер­сонала, обслуживающего процесс. Поэтому характер и значение пара­метров технологического режима положены в основу классификации технологических процессов. Однако все параметры технологического режима взаимосвязаны и в определенной степени обусловливают друг друга. Значительное изменение одного из параметров влечет за собой резкое изменение оптимальных значений других параметров режима. Поэтому четкая классификация технологических процессов по значе­ниям всех без исключения параметров режима была бы очень сложна и нецелесообразна. Необходимо выбирать параметры, оказывающие ре­шающее влияние. На конструкцию аппаратов и скорость процессов сильно влияют способ и степень смешения реагентов. В свою очередь, способ и интен­сивность перемешивания реагирующих масс зависят от агрегатного со­стояния последних. Именно агрегатное состояние реагирующих ве­ществ определяет способы их технологической переработки и принци­пы конструирования аппаратов. По этому признаку все системы взаи­модействующих веществ и соответствующие технологические процессы делятся на гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные).

В гомогенных системах все реагирующие вещества находятся в одной какой-либо фазе: газовой (Г) или жидкой (Ж).

Гетерогенные системы включают две или большее количество фаз. Например, двухфазные системы: газ—жидкость (Г-Ж), газ—твердое тело (Г-Т), несмешивающиеся жидкость—жидкость (Ж—Ж), жид­кость - твердое тело (Ж-Т) и твердое тело — твердое тело (Т—Т). В производственной практике наиболее часто встречаются системы Г-Ж, Г-Т, Ж-Т. Нередко приходится иметь дело с многофазными гетеро­генными системами, например Г—Ж—Т (термокаталитические про­цессы).

В промышленной практике гетерогенные процессы более распрост­ранены, чем гомогенные. При этом, как правило, гетерогенный этап процесса (массопередача) имеет диффузионный характер, а химическая реакция происходит гомогенно в газовой или жидкой среде. Однако в ряде производств протекают гетерогенные реакции на границе Г-Ж, Г—Т, Ж—Т, которые и определяют общую скорость процесса (напри­мер, термокаталитические процессы).

В связи с тем, что термокаталитические процессы имеют целый ряд специфических признаков с учетом механизма протекания и конструк­тивного оформления, целесообразно рассматривать их отдельно. Этому классу технологических процессов соответствует и свой характерный тип реакторов.