Способ моделирования химических реакторов

 

Союз Советских

Соцналнстнчесннх

Республни

ОП ИСАНИНА

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

>»>882583 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 210380 (2! ) 2900705/23-26 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 23.) )3). Бк>ллетень № 43

Дата опубликования описания 23,) 1.8) (51) М. К .

В Ol J 19/00

)ооударетееииый комитет

СССР ио яелан иэобретеиий и открытий (53) УДК, 66.023 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.П.Исаков и А.Н.Донских (71) Заявитель (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ

РЕАКТОРОВ

Изобретение относится к способам моделирования процессов в химических реакторах и может быть использовано для оптимизации массообмена в альтернативных вариантах проектируемых химических гетерогенных реакторов.

Известен способ осуществления химических процессов, заключающийся в обеспечении максимального массообмена при растворении твердого вещества путем его расплавления (1) .

Недостаток этого способа заключает- ся в невозможности расправления большинства веществ при температуре менее 100. С, что не позволяет, в свою о очередь, гомогенизировать реагирующие вещества в химическом реакторе.

Известен также способ моделирования химических реакторов путем контактирования твердой и газовой фаэ и определения параметров массообме20 на между ними Г23.

Ф

Недостатки известного способа сложность и длительность проводимых экспериментов для получ6йия необходимой информации, подлежащей математической,обработке, а также проведение процесса оптимизации на реальном объекте, что подразумевает необходимость поддержания на нужном уровне температуры химического реактора, расходов реагентов (во многих случаях дорогостоящих) и т.д.

Цель .изобретения — ускорение и упрощение процесса оптимизации массообмена за счет использования веществ-имитаторов.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве твердой фазы используют фториды щелочных металлов, а в качестве газовой — смесь инертно" го газа с гексафторидом урана.

Кроме того, контактирование осуществляют в течение 10-300 с.

При этом определение параметров массообмена осуществляют измерением концентрации гексафторида урана пос- > ле контактирования .

882583

Способ осуществляют следующим об--. разом.

В химических реакторах со значительным уровнем загрузки процесс взаимодействия подвижной и неподвижной фаэ происходит не в кинетическом, а в диффузионном режиме, когда

1ЬС (< f (c) (1? .!

О где 1Ъ вЂ” коэффициент массоотдачи, С вЂ” концентрация подвижной фазы вдали от неподвижной фазы, (с) — скорость химической реакции в кинетическом режиме

>5 реагирования.

Коэффициент массоотдачи выражается следующим образом (2) ЗО где Nu — критерий Нуссельта;

D — коэффициент диффузии молекул подвижной фазы;

d — характерный размер (размер частиц неподвижной фазы во внешней задаче или размер зазора между частицами во внутренней задаче).

Из уравнения (2) следует, что моделирование массообмена подвижной фазы.в химическом реакторе массообменом сорбируемого вещества изменяет локагьные коэффициенты массообмена в — раз, где D и Оо — коэффициенты 35

Dl

0 диффузии подвижной фазы и сорбируемого вещества, соответственно. При

Ми<, Процесс моделирования высокотемпературных реакций можно проводить при более низких температурах, учитывая степенную зависимость коэффициента диффузии от температуры.

П и сравнительном анализе массор

45 обмена в химических реакторах различного типа можно не учитывать разницу в коэффициентах диффузии и их изменение с температурой, а сравнивать концентрации сорбируемого вещества на выходе из реакторов.

Выбор времени продувки сорбируемого вещества обусловлен следующим.

В диффузионном режиме реагирования концентрация подвижной фазы на поверхности неподвижной фазы незначи- 55 тельна. Следовательно, при любом аналитическом выражении изотермы адсорб, ции зависимость между концентрациями вещества в объеме и на поверхности является линейной.

Таким образом, выбор определенного времени продувки моделирующего сорбируемого вещества обусловливает соблюдение условий диффузионного режима реагирования. Кроме того, продувки сорбируемого вещества на одной загрузке сорбирующего вещества можно проводить многократно, не повторяя каждый раз после продувки операцию отгонки сорбируемого вещества.

Пример. При изучении процес-. са горения графитовых шаров в кислороде возникает вопрос об оптимальной геометрии химического реактора определенного объема. Графитовые шары моделируют шарами из фторида натрия диаметром 1,0 см. Испытывают при конфигурации реакторов объемом дм вертикальные цилиндры диаметром б см, высотой 35 см и диаметром

10 см, высотой 13,2 см; конус диаметра 14 см, высотой 19 см, причем входом в реактор является вершина конуса.

При 100 С в химические реакторы подается смесь аргона и 8 вес.Ж гексафторида урана со скоростью

5 дм3/мин. Выход из реакторов соединяют с пробоотборником хроматографа

XJ1-4, на котором определяют выходную концентрацию гексафторида урана.

Весь эксперимент продолжается 4 мин.

На чертеже представлены зависимости концентрации гексафторида урана на выходе из реактора от времени для цилиндров диаметром 6 см (А), 10 см (Б) и конуса (В).

Максимальный массообмен обеспечивается.в химическом реакторе А, минимальный - в реакторе Б.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным обладает следующими преимуществами: простотой, экспрессностью и экономичностью, так как не требует проведения процесса при высоких температурах. Кроме того, не расходуются химические реагенты, так как гексафторид урана после десорбции с фторидом натрия может быть использован повторно.

Формула изобретения

l. .Способ моделирования химических реакторов путем контактирования твер882583

СЭ

Ь

Ю

° с

Время, мин

Составитель А. Тарасов

Техред И.Асталош.

Корректор Г.Назарова

Редактор Г.Кацалап

Заказ 10041/8 Тираж 570 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дой и газовой фаз и определения параметров массообмена между ними, о т— л и ч а ю шийся. тем, что, с целью ускорения и упрощения процесса оптимизации массообмена за счет использования веществ-имитаторов, в качестве твердой фазы используют фториды щелочных металлов, а в качестве газовой — смесь инертного газа с гексафторидом урана.

2. Способ по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем,. что контактирование осуществляют в течение 10-300 с.

3. Способ по п. l, о т. л;и ч а и . шийся тем, чть определение параметров массообмена осуществляют измерением концентрации гексафторида урана после контактирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

10 1. Заявка ФРГ ll 2802942, кл. В Ol J 1/00, 27.07.78.

2. Заявка ФРГ В 2577117, кл. В Ol 1 1/00, 27.07.7Ь.