Проектирование химических реакторов с диффузионной моделью структуры потоков

• Автор: Аристова, Юлия Валерьевна
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 181 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
Обозначение Расшифровка
А, В, Я Компоненты реакции
А|, Вь Я), Р Постоянные интегрирования
Со Концентрация вещества в потоке на входе в аппарат
С Концентрация вещества в потоке и в любой точке аппарата
с Относительная концентрация компонентов реакции
Син Концентрация индикатора
Б Коэффициент молекулярной диффузии
Оап Диаметр аппарата
Бя Коэффициент радиальной диффузии
О, Коэффициент продольной диффузии
<1м Диаметр мешалки
Диаметр трубок трубчатого реактора
Я Поверхность теплопередачи
Число степеней свободы
в Критерий Кохрена
ъ Высота ребер
1 Длина аппарата
к Константа скорости реакции
N Количество индикаторов
п Количество оборотов мешалки
о Ошибка опытов
Р Давление в реакторе
Ре Критерий Пекле
Ч Объемный расход потока
Яе Критерий Рейнольдса
8 У ровень сегрегации
Сумма квадратов отклонения
5в2 Ошибка опыта
1 Температура реакционной массы
V Объем реакционной массы
V,,« Объем индикатора
V Объем трубки трубчатого реактора
^0 Объем реактора
^со Средняя линейная скорость потока
Скорость реакции
W(C) Скорость химической реакции
X Координата направления движения потока в аппарате
X Безразмерная координата длины
с1с/с!х Градиент концентрации
а Коэффициент теплопередачи
Ц Вязкость жидкости
ъ1 Дисперсия экспериментальной функции
X Время пребывания частиц в аппарате
X Оптимальное время пребывания
е Безразмерное время пребывания частиц в аппарате
х Степень конверсии
РИС Реактор идеального смешения
РИВ Реактор идеального вытеснения

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ РЕАКТОРОВ С РАЗЛИЧНЫМИ СТРУКТУРАМИ ПОТОКОВ
1.1 Типовые конструкции промышленных реакторов
1.2 Идеальные модели структуры потоков
1.2.1 Модель идеального смешения (РИС)
1.2.2 Модель идеального вытеснения (РИВ)
1.3 Комбинированные модели
1.3.1 Ячеечная модель
1.3.2 Диффузионная модель
1.4 Концептуальная модель структур потоков
ВЫВОДЫ
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОТОКА МЕТОДОМ ДВУХ ИНДИКАТОРОВ
2.1 Описание экспериментальной лабораторной установки
2.2 Экспериментальное определение структуры потока индикаторами с разными коэффициентами молекулярной диффузии
2.3 Обработка экспериментальных данных
2.4 Корреляционный анализ результатов эксперимента
2.5 Алгоритм расчета
ВЫВОДЫ
3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ НА ПАРАМЕТРЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ
3.1 Моделирование химических реакторов с различными структурами потоков и уровнями сегрегации по реагирующим компонентам
3.2 Вывод граничных условий диффузионной модели структуры потоков
3.2.1 Простая реакция первого порядка
3.2.2 Алгоритм численного расчета
3.2.3 Реакция присоединения первого порядка по каждому компоненту
3.2.4 Алгоритм численного расчета

3.2.5 Сложная последовательная реакция первого порядка
по каждому компоненту
3.2.6 Алгоритм численного расчета
3.2.7 Сложная обратимая реакция первого порядка по компонентам..
3.2.8 Алгоритм численного расчета
3.2.9 Реакции второго порядка с интегральными граничными условиями на выходе из объекта
3.2.10 Алгоритм численного расчета
ВЫВОДЫ
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕАКТОРОВ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
4.1 Конструкция кожухотрубного реактора с дополнительными
трубками
4.2 Конструкция кожухотрубного реактора с продольными
коническими ребрами внутри цилиндрических труб
4.3 Конструкция реактора для проведения каталитических
процессов
4.4 Модификация конструкции промышленного реактора
гидрохлорирования ацетилена
4.5 Математическая модель реактора с диффузионной моделью
структуры потоков
4.6 Алгоритм численного расчета реактора гидрохлорирования
ацетилена с вариативным критерием Пекле
4.7 Расчет реактора с продольными прямоугольными ребрами
4.8 Расчет реактора с продольными коническими ребрами
4.9 Конструкции реакторов с комбинированными
перемешивающими устройствами
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Список опубликованных работ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Акт внедрения на промышленное предприятие
ОАО «Каустик» г. Волгоград
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Акт внедрения в учебный процесс ВолгГТУ
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Программа расчета реактора гидрохлорирования 172 ацетилена

2.2 Экспериментальное определение структуры потока индикаторами с разными коэффициентами молекулярной диффузии
Сущность экспериментального метода исследования структуры потоков в реальном аппарате заключается в том, что в поток на входе в аппарат каким-либо способом вводят индикатор, а на выходе потока из аппарата регистрируют изменение концентрации индикатора в зависимости от времени.
Полученную таким образом функцию отклика аппарата на ввод индикатора (типовое возмущение по составу потока) обрабатывают по специальной методике и получают нормированную функцию распределения частиц (элементов, долей) потока по их времени пребывания в технологическом аппарате, которую в дальнейшем используют в расчетах технологических процессов и аппаратов или для построения близкой к реальной гидродинамической модели, составленной из комбинации типовых моделей гидродинамики (идеального смешения и вытеснения, диффузионной модели, ячеечной модели и т.п.).
Если принятая модель соответствует реальной структуре потоков, то экспериментальная функция отклика может рассматриваться как график решения уравнений модели при соответствующих начальных и граничных условиях. Сравнивая решение уравнений модели с экспериментальной функцией отклика на типовые (например, импульсные) возмущения, можно определить неизвестные параметры модели.
При исследовании структуры потоков к индикатору предъявляются специальные требования: во-первых, его масса (объем) не должны влиять на структуру потока основной жидкости; во-вторых, он должен достаточно просто регистрироваться на выходе основной жидкости; в-третьих, его масса (объем) остаются неизменными в течении всего времени регистрации индикатора на выходе. Эти требования связаны с тем, что структура потока индикатора должна совпадать со структурой потока основной жидкости.