Неизотермический процесс в химическом реакторе. Температурный режим в проточном реакторе идеального смешения. Анализ процесса

Математическая модель процесса.

Сi-Ci0/Ԏ=Wi(C, Т) (1) Qpr(c,Т)-Кt Fуд(Т-Тx)

Тx – температура теплоносителя; Кt – коэффициент теплопередачи;

Fуд= - удельная поверхность теплообмена (FT – площадь поверхности теплообмена; VP – объем реактора);

Ԏ= – условное время реакции (V0 – объем потока реагентов, входящих в реактор в единицу времени); Сp – теплоемкость;

x= - степень превращения.

Используя выражения для адиабатического разогрева ∆Tад= ;

параметра теплоотвода B= ; и отношения скорости реакции к исходной концентрации = r(x,Т) получим из (1):

(2) ∆Tад r(x,Т)-B(Т-Тx)

В адиабатическом режиме (B=0) получим:

r(x,Т) (3) ∆Tад r(x,Т)

(xH – степень превращения на входе в реактор)

С0 – начальная концентрация исходного компонента в непрореагировавшей смеси и CH – концентрация исходного компонента на входе в реактор не всегда одинаковы. Если в реактор подается частично прореагировавшая смесь xH≠0. Разделив второе уравнение на первое в (3) получим:

(T – TH) ∆Tад(x – xH) (4), отсюда, Температура и степень превращения в реакторе будут иметь ступенчатое распределение профили степени превращения x(Ԏ) и температуры T(Ԏ)представлены на рис 1а и 1б соответственно.

Кривые х(Ԏ) и Т(Ԏ) есть графическое отображение функции (4), и эти зависимости надо представлять, как набор значений x и Т устанавливаются в различных реакторах. В координатах «T – x» режим процесса в реакторе будет описываться линией, соединяющей две точки между исходным состоянием смеси при Ԏ, то есть последовательность точек при разных Ԏ будет лежать на прямой адиабаты T=TH+∆Tад(x – xH) (см.(4)), показанной на рис.2 штриховой линией.

График «Т – х» для проточных реакторов ИС-н с различными значениями условного времени Ԏ (реакция экзотермическая) представлен на рис.2.