Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
При переходе от периодического к непрерывному способу проведения реакции изменяется форма кинетического уравнения,
Рис. П.З. Зависимость Ig kz от обратной
температуры -у при L = 4, W=Q,
Рсм = 0,75 г/см3 [33].
Число обменов поверхности контакта фаз
V, мин"1:
0,8; 2 — 2; 3
3; 4
Таблица II.5 Величины А я В для уравнений (11.25) и (11.26)
к ривые по рис. II.3
A1 при
B1 =-- 6550
А, при B2 = 2500
Кривые по I)iic П.з
A1 при
B1 --= 6550
л„ при B2 = 2500
і
2
13,105
13,175
4,220 4,330
3 4
13,235 13,280
4,375 4,435
что обусловливается спецификой непрерывных процессов 135], хотя константы скорости, вычисленные по данным статических экспериментов, остаются прежними. Кинетическое уравнение, полученное для периодического процесса, может полностью соответствовать непрерывному проточному процессу только в одном случае, когда непрерывный процесс проводится в аппарате идеального вытеснения [35]. Кинетические уравнения одного и того же процесса, осуществляемого при прочих равных условиях в аппаратах вытеснения или периодического действия и в аппаратах смешения различаются, за исключением реакций нулевого порядка. При этом, чем выше порядок реакции, тем глубже это различие [35].
Для проточного аппарата
т _ V _ Рсм __ _Рсм_ ^ j j
где V — объем проточного реактора; Ксм — объемный расход газожидкостной смеси; qCM — массовый расход реагентов на единицу объема реактора; qCCl2 — то же для CO3.
Подставляя (11.27) в уравнение (1.51), можно вычислить х в зависимости от qCQ, при различных /, L, W и P и интенсивности обмена поверхности фаз. Последнюю можно оценить, исходя из законов однонаправленного движения двухфазных систем [36].
Рассмотрим применимость кинетического уравнения (1.51) для непрерывного процесса синтеза в аппаратах идеального вытеснения к расчету кинетики этого процесса в действующих колоннах синтеза карбамида [33].
При постоянных t, Р, L и W = O уравнение (1.51) с учетом (11.27) принимает следующий вид:
1 , (хх*—х* — х\ const „.
* =-18Hf=Ft-) = -^ (11.28)
Если в рассматриваемом случае уравнение (11.28) справедливо, то значениям х, определенным в промышленных экспериментах при заданных qCo2, должна соответствовать проходящая через
начало координат прямая линия в координатах у--1-—.
^CO2
На рис. 11.4 такая зависимость построена по данным, полученным на полой промышленной колонне синтеза карбамида. Из рисунка видно, что уравнение (11.28) не пригодно для описания проточного процесса в пустотелой промышленной колонне синтеза; следовательно, такая колонна не является аппаратом идеального вытеснения. Как уже отмечалось в гл. I, пустотелые промышленные колонны синтеза близки к аппаратам идеального смешения.
Время протекания реакции в статических условиях т связано с временем пребывания смеси в проточном автоклаве тп через
3* 67
г|к — к. п. д. непрерывно действующего аппарата [35]. Для аппаратов идеального смешения эта связь имеет вид:
т = %т)к = тп
(11.29)
//9со2."-ч/«г
Рис. П.4. Кинетическая кривая синтеза карбамида в проточной пустотелой колонне объемом —12 м3 при t= 19O0C1 P = = 19 МПа, L = 4,4,W= Ов координатах уравнения (11.28).
где хв — степень превращения на выходе из аппарата.
Интеграл в уравнении (11.29) равен левой части кинетического уравнения периодического процесса, а вид функции / (я,,) нетрудно получить дифференцированием этого интеграла с подстановкой х = хв. Отсюда получено кинетическое уравнение (1.57) реакции синтеза карбамида в проточном реакторе при постоянном давлении.
Для практических расчетов хв по уравнению (1.57) нужно знать прежде всего величину рсм при заданных Р, Т, L и W. Значения рсм известны только в двух случаях: на входе в колонну, когда рсы = рсм представляет собой плотность исходной реакционной смеси, и в равновесии, когда рсм = pJM представляет собой плотность равновесной газожидкостной смеси аммиака, диоксида углерода, карбамата аммония, воды и карбамида. Величины рсм и р*м сильно различаются. Например, при /= 190 °С, P = = 19 МПа, L = 4,4 и W = 0 р°сн = 192 кг/м3 и р*м = 800 кг/м3. Поэтому получить рсм путем усреднения в интервале р'см — р?м не представляется возможным. Из экспериментальных данных [33] следует, что отношение приращения х к приращению ргм, т. е. Дх/Дрсм, не зависит от времени. Пусть при т = 0 рсм = р?м и х = 0; при т —> оо рсм = р*м и х = jc*. Поскольку отношение приращений от времени не зависит, то [331:
/ xn — 0 \ / х* — О
Рсм Рсм J t=o-htn V Pet,
Отсюда
Рсм = (Рсм - Рсм) + Pc1
t—0-h <»
(11.30)
Все величины, которые необходимы для совместного решения уравнений (1.57) и (11.30), легко рассчитать. Значения jc* =~fx (Р, Т, L, W), рс*м = U (р< т< L, W), Р* = /з {Т, L, р*м) определяются обобщенными уравнениями, описанными соответственно в работах [5, 19, 27]. Величина рЦм вычисляется по правилу аддитивности по данным о плотности газообразных NH3 и CO2 при заданном
JOO
400 МО
