Способ моделирования химических реакторов Советский патент 1981 года по МПК B01J19/00 

Изобретение относится к способам моделирования процессов в химических реакторах и может быть использовано для опти1У1изации массообмена в альтер нативных вариантах проектируемых химических гетерогенных реакторов. Известен способ осуществления хи ических процессов, заключающийся в обеспечении максимального массообмена при растворении твердого вещества nyTiEM его расплавления l . Недостаток этого способа .заключае ся в невозможности расправления боль шинства веществ при температуре менее 100. С, что не позволяет, в свою очередь, гомогенизировать реагирующие вещества в химическом реакторе. Известен также способ моделирования химических реакторов путем контактирования твердой и газовой фаз и определения параметров массообмена между ними С27. . Недостатки известного способа сложность и длительность проводимых экспериментов для получения 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 инертного газа с гексафторидом урана. Кроме того, контактирование осуществляют в течение 10-300 с. При этом определение параметров массообмена осуществляют измерением концентрации гексафторида урана пос-j ле контактирования. Способ осуществляют следующим об разом. В химических реакторах со значительным уровнем загрузки процесс взаимодействия подвижной и неподвиж ной фаз происходит не в кинетическо а в диффузионном режиме, когда |ЬС i f(c) коэффициент массоотдачи; концентрация подвижной фа зы вдали от неподвижной фазы , . скорость химической реакции в кинетическом режиме реагирования. Коэффициент массоотдачи выражает ся следующим образом , ,и, 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 мо делирование массообмена подвижной фазы-в химическом реакторе массообменом сорбируемого вещества изменяе локальные коэффициенты массообмена D 02 - коэффициент раз, где диффузии подвижной фазы и сорбируем го вещества, соответственно. При этом NU. d , d/j. Процесс моделирования высокотемпературных реакций можно проводить при более низких температурах, учитывая степенную зависимость коэффициента диффузии от температуры. При сравнительном анализе массообмена в химических реакторах разли ного типа можно не учитывать разниц 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 незначительна. Следовательно, при любом ан литическом выражении изотермы адсор . ции зависимость между концентрациям 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-многократноi не повторяя каждый раз после продувки операцию отгонки сорбируемого веществ-а. Пример. При изучении процес са горения графитовых шаров в кислороде возникает вопрос об оптимальной геометрии химического реактора определенного объема. Графитовые щары моделируют шарами из фторида натрия диаметром 1,0 см. Испытывают, при конфигурации реакторов объемом 1 дм вертикальные цилиндры диаметром 6 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 в химические реакторы подается смесь аргона и 8 вес.% гексафторида урана со скоростью 5 . Выход из реакторов соединяют с пробоотборником хроматографа ХЛ-4, на котором определяют выходную концентрацию гексафторида урана. Весь Эксперимент продолжается 4 мин. На чертеже представлены зависимости концентрахщи 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, экспр ессностью 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 1. Способ моделирования химических реакторов путем контактирования твердои и газовой фаз и определения пара метров массообмена между ними, о т лич ающийся 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.1, о т л и ч ающийся тем, что контактирование осзгществляют в течение 10-300 с.

825836

3. Способ по п., о т. л;и чающийся тем, что определение параметров массообмена осуществляют измере1шем концентрации гексафторида 5 урана после контактирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

10 1. Заявка ФРГ 2802942, кп, В 01 J 1/00, 27.07.78.

2. Заявка ФРГ 2577117, кл. В 01 J 1/00, 27.07.78.

I

К

S

5f

f

:t

г