Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
О характере распределения времени пребывания частиц потока в системе судили [39 ] по виду статистической функции распределения времени пребывания индикатора в аппарате. Последняя при нанесении импульсного возмущения имеет [38] следующий вид:
OO
C = j тС(т)сГт (11.31)
о
где С — относительная концентрация индикатора в выходящем потоке; С (т) — функция распределения времени пребывания, характеризующая долю индикатора в выходящем потоке, время пребывания которой в системе меньше т.
Среднее значение времени пребывания определяли [39] из соотношения [38]:
со
(11.32)
где с — текущая концентрация индикатора в выходящем потоке.
Функцию распределения С (т) (с-1) рассчитывали [39] по уравнению [38]
cw=-r-k=^ (IL33)
где Дт — интервал отбора проб; C0 — начальная концентрация индикатора во входящем потоке.
Безразмерное время пребывания 9i]p и статистическую функцию распределения времени пребывания индикатора в системе нашли [39] по уравнениям [38]:
е„р = ~ (11.34)
т
С = тС (т)
(11.35) 71
По рассчитанным величинам 8пр и С построены С-кривые (рис. II.7). Для получения кривых распределения были определены [39 ] средние значения времени т и критерия Пекле, представленные ниже:
CO2- м
4500 4800 5100
26,4 16,1 11,0
62,4 50,4 45,9
Рис. 11.7. Статистические функции распределения времени пребывания индикатора в реакторе синтеза карбамида при различной нагрузке Vcq , м^/ч (прн нормальных условиях):
/ — 4500; 2 — 4800; 3 — 5100.
Критерий Pe может изменяться от 0 до оо, однако, в реальных расчетах принято считать, что Pe=IOO соответствует режиму идеального вытеснения.
По величине Ре, учитывая также данные по распределению температур, гидродинамический режим в полом прямоточном реакторе синтеза карбамида авторы [39] отнесли к переходному. С увеличением нагрузки полого реактора, по оценке [39], гидродинамическая структура потока приближается к модели идеального смешения. Как уже отмечалось, в опытах с лабораторным трубчатым реактором [32) была установлена противоположная закономерность.
Свое суждение о приближении режима полого реактора к модели идеального смешения с увеличением нагрузки мотивируют [39] тем, что доля газовой фазы и неравномерность ее распределения в реакторе, а также градиенты плотности газожидкостной смеси и скорости потоков возрастают, способствуя интенсивному продольному перемешиванию. В то же время из-за недостаточной эффективности поперечного перемешивания усиливается роль диффузионных факторов и уменьшается скорость образования карбамата аммония.
Для реакции дегидратации карбамата аммония, лимитирующей процесс синтеза карбамида и протекающей в основном объеме реактора, особо благоприятен режим вытеснения, так как примеси H2O и CO(NH2)2 смещают равновесие реакции влево. Поэтому любое продольное смешение неизбежно приводит к снижению Хв.
С учетом изложенного, считают [39], что в промышленных условиях смеситель и нижняя часть пустотелого реактора работают в режиме, близком к идеальному смешению. Причем степень смешения уменьшается по высоте реактора и режим работы приближается к идеальному вытеснению. Однако наличие некоторого количества газовой фазы (и после завершения процесса образования карбамата аммония), градиентов плотности газожидкостной смеси и скорости потоков в реакторе способствуют, видимо, осевому перемешиванию. Его интенсивность можно ориентиро-
вочно оценить по частоте колебаний х во времени. С этой целью через определенные промежутки времени отбирали [39] пробы плава и определяли х на выходе. Результаты нанесены на график (рис. II.8). За начало отсчета времени (т = 0) во всех случаях принято время отбора первой пробы. Оказалось, что х колеблется от 57 до 64% (среднее значение 60,5%).
Известное средство уменьшения продольного перемешивания — секционирование аппарата установкой массообменных перегородок (тарелок) [38]. Исследования возможностей изменения гидродинамического режима за счет шести ситчатых тарелок с живым сечением —25% проводили [39] в промышленном реакторе объемом —12 м3. Для количественной оценки изменения гидродинамики определены колебания значений х и выполнена индикация тарельчатого реактора.
Из рис. 11.8 видно, что в реакторе с тарелками интервал колебаний х намного меньше, чем в реакторе без тарелок, и составляет 62,5—64,5% (среднее значение 63,3%). Повышение среднего значения х объясняют тем, что установка тарелок способствовала уменьшению градиентов скоростей потоков и концентраций в поперечном сечении реактора,интенсификации диспергирования газовой фазы и более равномерному распределению ее в газожидкостной смеси. В результате снизилась интенсивность продольного перемешивания, улучшился массообмен и поперечное смешение, ускорилось растворение газообразных NH3 и CO3.
Статистические функции распределения индикатора в реакторе с тарелками и без тарелок показаны на рис. II.9. Для тарельчатого реактора кривая индикации, характеризующая степень перемешивания, имеет более высокий пик, что свидетельствует о приближении к гидродинамическому режиму идеального вытеснения [39].
