Неизотермический процесс в химическом реакторе. Режимы идеально смешивания периодического и идеального вытеснения. Анализ процесса

Математическая модель процесса

(1)

при τ=0 x=x_н; T=T_н

где – адиабатический разогрев; – параметр теплоотвода; T_x – температура теплоносителя, x_н и T_н соответственно начальная степень превращения и температура на входе в реактор;

x=(C₀-C)/C₀. Аналитического решения (1) в общем случае нет.

В адиабатическом режиме B=0 => система (1) принимает вид:

(2)

; при τ=0 x=x_н; T=T_н

Разделим второе уравнение системы (2) на первое

проинтегрируем его в пределах от x_н до x и от T_н до T получим: T-T_н= (x-x_н) (3)

Где (T-T_н) – разогрев реакционной смеси до достижения степени превращения x. Если x_н = 0, а реакция будет проведена до концы (х=1), то реакционная смесь нагреется на T-T_н= - на величину адиабатического разогрева. Анализируя уравнение 3 делаем вывод, что результат процесса (конечная температура I) зависит от изменения состояния химически реагирующей системы (степени превращения х) и не зависит от пути превращения, от кинетики. Зависимость степени превращения х от темперетуры I для адиабатического процесса в режиме UB дана на рисунке:

1 – эндотермическая реакция 2, 2' – экзотермическая реакция (сплошная линия соответствует ∆Tag, штриховая - ∆Tag'>∆Tag

Зависимость x(T) адиабатического процесса представляет прямую линию с tgα, равным обратной величине адиабатического разогрева: (см (3)), причем для экзотермической реакции наклон положительный (Q_P>0 и ∆Tag>0), а для эндотермической отрицательный (∆ Q_P<0 и ∆Tag<0).

Чем больше адиабатический разогрев ∆Tag, тем более пологий наклон приобретает зависимость x(T), то есть реакционная смесь будет сильнее разогреваться или охлаждаться.

Протекание реакции сопровождается ростом степени превращения x и увеличением (экзотермическая реакция) или уменьшением (эндотермическая реакция) температуры T. Максимальный разогрев достигается при x=1 и x_н=0 и равен ∆Tag

На процесс влияет исходная концентрация, увеличение которой приводит к повышению ∆Tag, и следовательно к ускорению превращения.

Неизотермический процесс в химическом реакторе. Режимы идеального смешения периодический и идеального вытеснения с теплообменом. Сопоставление адиабатического процесса и изотермическим.

Допустим, изотермический процесс осуществляется при температуре адиабатического экзотермического процесса и превышающую ее в эндотермическом процессе. =. (. - температура на входе в реактор). В первом случае изотермический процесс будет менее интенсивным, чем адиабатический, а во втором большая степень превращения будет достигаться при меньшем времени реакции.

Если же температура изотермического процесса. то интенсивность изотермического процесса будет выше, чем адиабатического, и это будет наблюдаться до тех пор, пока возрастающая в течение реакции температура не достигнет. (для экзотермической реакции)

В эндотермическом процессе при картина будет обратной. Если реакция обратимая, то общий характер зависимости степени превращения Х и температуры Т от (условного времени реакции сохраняется, с отличием лишь в том, что процесс будет протекать только до равновесной степени превращения . Тогда максимальный разогрев будет:

Т- = ] (4)

Значения максимального разогрева определяют из графика «Т-Х»

Зависимость и для адиабатического процесса.

Определение максимального адиабатического разогрева при протекании обратимых а)экзотермической и б) эндотермической реакции - равновесные степени превращения; прямые – адиабаты в режиме ИВ.

Пересечение кривых зависимостей (Т) и Х(Т) адиабатического процесса соответствует максимальному нагреву в слое - как показано на рисунке а) и б). Интерпритация результатов исследования модели на реальный объект.

Исследованная модель описывает процесс в реакторах ИВ и идеального смешения периодическом ИС-п.

В первом случае зависимости Х () и Т() (степени превращения и температуры от условного времени реакции) описывают изменение Х и Т по длине реактора, не меняющегося во времени протекания реакции.

Во – втором изменение во времени Х и Т распределение которых по объему реактора в каждый момент времени одинаковы.