Параметрическая чувствительность ректоров
Тепловая устойчивость химических реакторов
Адиабатический РИС в неизотермическом режиме
ПЛАН ЛЕКЦИИ
Лекция 6
Физическое обоснование математического описания процесса
Однопараметрическая диффузионная модель включает
Участки, адекватные идеальному реактору РИС
Потоков основана на его дифференцировании на
Ячеечная модель реактора с неидельной структурой
Показывает более высокую производительность РИВ
Сопоставление математических моделей РИС и РИВ
ВЫВОДЫ
Для адиабатического РИС с неизотермическим режимом математическая модель
Решение этой системы уравнений зависит от свойств ФХС, положенной в основу ХТП, т.е. от порядка химического; превращения и знака при энтальпии системы. Однако проводят и некоторое ее упрощение исключением влияния температуры на теплоемкость, плотность и тепловой эффект реакции. Уравнения являются трансцендентными и решаются графическим методом
|
|
Реактор РИВ-Н с неизотермическим режимом представляет собой цилиндрическую колонну или горизонтальный канал F = R2. Если линейная скорость W и физические свойства ФХС постоянны, то уравнение теплового баланса следующее:
•Реактор РИВ-Н с неизотермическим режимом представляет собой цилиндрическую колонну или горизонтальный канал
• F = R2. Если линейная скорость W и физические свойства ФХС постоянны, то уравнение теплового баланса следующее:
где dFТО - поверхность теплообмена (если теплообмен происходит через стенку реактора, то dF ТО = 2 Rdz);
rA - скорость реакции.
Для стационарного режима после преобразований.
Уравнение теплового баланса решают совместно с уравнениями материального баланса
Тепловая устойчивость химических реакторов
При анализе совместного решения уравнений материального и теплового балансов адиабатического РИС для экзотермических реакций было показано, что возможны случаи, когда система имеет не одно, а несколько решений. Это означает возможность множественности стационарных состояний этой системы.
Устойчивость системы в стационарном состоянии определяется ее реакцией на возмущающие воздействия.
Стационарные состояния системы называется устойчивым, если небольшие кратковременные возмущающие воздействия не могут вывести систему за пределы небольшой области, окружающей исследуемый стационарный режим.
|
|
Параметрическая чувствительность по отношению к температуре реакционной смеси на входе в реактор выражается производной dT2/ dT1 и показывает, как изменяется температура на выходе из реактора при изменении температуры на входе на 1 градус.
Таким путем можно установить параметрическую чувствительность по температуре. Для этого
или
Преобразованиемнеравенства получают
Из теплового баланса:
Следует что:
или
Подстановкой в неравенство получают
Оптимальный температурный режим и способы его осуществления в промышленных реакторах
Температурный (тепловой) режим проведения химического процесса, обеспечивающий экономически целесообразную максимальную производительность единицы объема реактора (интенсивность) по целевому продукту, называют оптимальным
Простые необратимые реакции. Уравнение скорости необратимых экзо- и эндотермических реакций можно записать в виде
Из уравнения видно, что принципиальных ограничений повышения температуры с целью увеличения скорости необратимых реакций нет. С ростом степени превращения реагентов скорость реакции падает. Для компенсации этого уменьшения целесообразно увеличивать температуру.
Эндотермическая реакция сопровождается поглощением теплоты. Следовательно, такие реакции невыгодно проводить в адиабатических условиях, так как по мере протекания реакции ее скорость будет падать как из-за увеличения степени превращения, так и из-за уменьшения температуры.
Обратимые химические реакции.
Скорость реакции А ÛR
Характер изменения скорости с ростом температуры будет разным для эндо- и экзотермических реакций
При фиксированной степени превращения ход скорость обратимой эндотермической реакции с ростом температуры монотонно увеличивается.
Так как скорость эндотермической реакции — функция нескольких переменных (по меньшей мере, двух — Т и хА, то для анализа этой функции удобно использовать ее сечение при постоянстве всех переменных, кроме одной.
Существует оптимальная температура Тт, при которой скорость реакции при заданной степени превращения является максимальной
При Т= ТМ
или