Неизотермический процесс в химическом реакторе. Температурный режим в проточном реакторе идеального смешения. Число стационарных режимов

Математическая модель процесса в адиабатическом режиме (1) - степень превращения на входе в реактор.

-адиабатический разогрев; - условное время

Проанализируем решение системы (1) в случае протекания реакции первого порядка при : (2)

показывает, что константа скорости реакции зависит от температуры.

Перейдем от системы двух уравнений к одному, для чего:

1) Из первого уравнения системы (2) выразим как функцию :

(3)

2) Разделим второе уравнение системы (2) на первое:

(4)

3) Подставим в (4) из (3) заменив на ( - температура в объеме)

(5)

q_t q_p

Левая часть уравнения (5) представляет собой теплоотвод (q_t), а правая часть отвечает тепловыделению в результате протекания реакции (q_p).

Если заменить на (температура на поверхности) и на , где ( - коэффициент теплопередачи, - теплоемкость), то уравнение (5) будет совпадать с уравнением, описывающим неизотермический процесс на поверхности твердой частицы в гетерогенном процессе и имеющим 1 или 3 корня.

Т.о. решение уравнения (5) также имеет 1 или 3 корня, а, следовательно, в проточном адиабатическом реакторе идеального смешения возможно существование одного или трех стационарных режимов, представленных на рисунке.

Зависимости q_p (T) и q_t (T) в проточном реакторе идеального смешения ИС-н.

Положительная обратная связь между тепловыделением в реакторе и отводом теплоты из него с нагретым прореагировавшим потоком обуславливает возможность появления неоднозначности стационарных режимов.

Низкотемпературный режим (1) на рисунке характеризуется небольшими степенями превращения в реакторе.

Наиболее полное превращение осуществляется в режиме 3, когда температура в реакторе достигает значение равному адиабатическому разогреву.

Самый привлекательный – среднетемпературный режим 2.