Способ моделирования химических реакторов

Союз СоветскихСоцналнстнчесннхРеспублни ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 882583ио яелан иэооретеиий и открытий(54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХРЕАКТОРОВ 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 11,Недостаток этого способа заключает- ся в невозможности расправления большинства веществ при температуре менее 100. С, что не позволяет, в своюоочередь, гомогенизировать реагирующие вещества в химическом реакторе.Известен также способ моделирования химических реакторов путем контактирования твердой и газовой фаэ и определения параметров массообме 20 на между ними Г 22Недостатки известного способа сложность и длительность проводимых экспериментов для получейия 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.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, когдаРСГ(с)где 1 Ъ - коэффициент массоотдачи,С - концентрация подвижной фазы вдали от неподвижнойфазы,(с) - скорость химической реакции в кинетическом режимереагирования. О 15 40 Коэффициент массоотдачи выражается следующим образомР-) (2)где йц - критерий Нуссельта;О - коэффициент диффузии молекул подвижной фазы;О - характерный размер (Размер 25частиц неподвижной фазы вовнешней задаче или размерзазора между частицами вовнутренней задаче).Из уравнения (2) следует, что моделирование массообмена подвижнойфазы в химическом реакторе массообменом сорбируемого вещества изменяетлокагьные коэффициенты массообмена в - раз, где О 1 и 02 - коэффициенты З 5О 1Одиффузии подвижной фазы и сорбируемого вещества, соответственно. Приэтом 11 = Ио,2, 1 = /.Процесс моделирования высокотемпературных реакций можно проводитьпри более низких температурах, учитывая степенную зависимость коэффициента диффузии от температуры.П и сравнительном анализе массоР45 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.50Выбор времени продувки сорбируемого вещества обусловлен следующим. В диффузионном режиме реагирования концентрация подвижной фазы на поверхности неподвижной фазы незначи 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.П р и м е Р. 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 объемомдм 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.7. гексафторида урана со скоростью 5 дм /мин. Выход из реакторов соединяют с пробоотборником хроматографа ХЛ, 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 изобретения1. Способ моделирования химических реакторов путем контактирования твер/ Тираж 570 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушская Подписноомитета СССРоткрытийнаб., д. 4/5 10041 8 3 Патент", г. Ужгоро роектная лиал дой и газовой фаз и определения пара. метров массообмена между ними, о т - л и ч а ю щ и й с я. 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 а ю - щ и й с я тем,. что контактирование осуществляют в течение 10-300 с. 63. Способ по п.1, о т. л;и ч а ищ и й с я тем, чть определение параметров массообмена осуществляют измерением концентрации гексафторида 5 урана после контактирования. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1 О 1. Заявка ФРГ У 2802942,кл. В О,1 1/00, 27.07.78.2. Заявка ФРГ В 257717,кл. В 011/00, 27.07.78.