Математическое моделирование работы газожидкостных реакторов при влиянии растворенного газа

• Автор: Кравцов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 109 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I. Литературный обзор

1.1. Основные закономерности химических превращений в системе газжидкость

1.2. Классификация газожидкостных реакторов

1.3. Газлифтный реактор

Конструкции газлифтных реакторов

Гидродинамика в газлифтных реакторах

Структура газожидкостного потока

Распределение давлений в газлифтном реакторе

Скорость циркуляции жидкости в газлифтном реакторе

1.4. Математическая модель реактора идеального вытеснения
Математическое моделирование химической реакции на слое катализатора
Математические модели многофазных систем
1.5. Математическая модель проточного реактора с перемешиванием
Множественность стационарных состояний реакторов с мешалкой Математическая модель с учетом температурной зависимости
Устойчивость режимов работы химических реакторов
Стационарные состояния и устойчивость
1.6. Множественность стационарных состояний и устойчивость работы газожидкостных реакторов
Число и устойчивость стационарных режимов газожидкостных реакторов
1.7. Выводы
Глава II. Математическое моделирование газлифтного реактора с неподвижным слоем катализатора.
.1. Устройство и принцип действия реактора
.2. Упрошенная математическая модель газлифтного реактора Нахождение производительности газлифтного реактора
Глава III. Изучение устойчивости газожидкостного реактора непрерывного действия с мешалкой с учетом влияния температуры на растворимость газа
III. 1. Математическая модель газожидкостного реактора непрерывного действия с мешалкой, учитывающая влияние температуры на растворимость газа
1.2. Результаты решения математической модели. Нахождение области множественности стационарных состояний реактора
II 1.3. Явление гистерезиса в газожидкостном реакторе с учетом влияния температуры на растворимость газа
1.4. Определение условий множественности стационарных состояний реактора
1.5. Исследование устойчивости стационарных состояний реактора Заключение
Список литературы


К настоящему времени хорошо известны математические модели структуры потоков, возникающих в элементах химических реакторов при движении фаз. Это математическая модель потока идеального вытеснения, основу которой составляет система дифференциальных уравнений и математическая модель потока идеального смешения, в стационарных условиях, представляющая собой систему алгебраических уравнений. Большего приближения к реальным свойствам системы можно достичь комбинацией математических моделей потоков, используя их в качестве составных частей построения болсс точной модели аппарата. Данный подход может быть использован при моделировании газлифтного реактора с неподвижным слоем катализатора. По причине новизны такого аппарата отсутствуют попытки его математического моделирования. Поэтому разработка математической модели газлифтного реактора с неподвижным слоем катализатора является актуальной проблемой для решения задачи моделирования газожидкостных процессов. В имеющихся исследованиях по динамике газожидкостных реакторов с мешалкой существует возможность определения с помощью математического моделирования условий устойчивой работы таких аппаратов. Однако в используемых моделях не учитывается, что изменение температуры оказывает влияние на растворимость газа в жидкой фазе, что может приводить к значительным ошибкам в определении условий эффективного проведения процесса. В связи с этим возникает необходимость разработки и исследования математической модели, описывающей динамическое поведение газожидкостного реактора с учетом влияния температуры на растворимость газа. Целью настоящей работы является разработка и исследование математических моделей газожидкостных процессов с учетом особенностей, обусловленных влиянием растворенного газа на работу реакторов. Неотъемлемым условием успешной реализации этих процессов в промышленности является разработка соответствующей реакционной аппаратуры, методы расчета которой охватывают вопросы химической кинетики, гидродинамики и тепло- и массообмена. Кинетика газожидкостных реакций достаточно подробно освещена в монографиях [1-9]. Достаточно полно отражена в отдельных изданиях [-] и Ф актуальная проблема математического моделирования химических реакторов. Однако определяющие их факторы - гидродинамические явления при взаимодействии газа с жидкостью, конвективный теплообмен между газожидкостной смесью и стенками теплообменных элементов и массоперенос в гетерогенных системах - в обобщенном виде и с необходимыми теоретическими предпосылками до сих пор не освещались. Эти явления рассмотрены в [] применительно к реакторам различных принципов действия ^ (барбогажным, газлифтным, с механическим диспергированием газа, пленочным). Каждому типу реактора дана оценка с точки зрения его использования в тех или иных условиях, что дает возможность проектировщикам этой аппаратуры обоснованно подойти к выбору нужной конструкции. Авторы стремятся по каждому рассматриваемому вопросу дать конкретные практические рекомендации, чтобы освободить проектировщика или исследователя от необходимости разыскивать в обширной технической литературе интересующую его закономерность. В некотором элементарном объеме неподвижной жидкости, ограниченной поверхностью раздела фаз I7, протекает химическая реакция между веществом А, растворенным в жидкости, и веществом В, переходящим из газа в жидкость. Л + В -» тРР. Для некоторых частных случаев возможны аналитические или численные решения уравнения (1. Для анализа реальных процессов принимают упрощенные модели, достаточно достоверно отражающие рассматриваемое явление и не требующие большого числа трудно определимых параметров. Наиболее простой и наглядно представляющей процесс переноса вещества из газа в жидкость является пленочная модель. Если абсорбируемый газ находится в смеси с нерастворимым газом, то процесс абсорбции имеет две стадии: конвективно-диффузионный перенос вещества В из газовой смеси к границе раздела фаз и аналогичный перенос от границы раздела в объем жидкости. Условное распределение концентраций в таком процессе показано на рис. Ж = Ргр{р -р')=РжРкв-сй) (1.