Неизотермический процесс в химическом реакторе. Температурный режим в проточном реакторе идеального смешения. Процесс с теплоотводом

Математическая модель процесса:

x/τ = r (x, T) (T – TH) / τ = ∆ Tад r (x, T) – B(T-Tx)

(1)

В- параметр теплоотвода; ∆ T_ад-адиабатический разогрев; х- степень превращения; T_H- температура на входе в реактор; T_x- температура теплоносителя; τ- условное время реакции. При протекании реакции первого порядка приведем систему (1) к следующему виду:

Т-Т0 (qТ) = * (qр)

(2)

k(T)- константа скорости реакции как функция температуры; q_Т- теплоотвод; q_р- тепловыделение в результате протекания реакции. Для принципиального упрощения анализа примем в (1) Т_х = Т_Н. Из (2) следует, что наличие теплоотвода эквивалентно уменьшению величины адиабатического разогрева ∆ T_ад, т.е. максимальный разогрев реактора будет меньше адиабатического и равен . на рисунке сплошными линиями показаны зависимости q_р (Т) и q_Т(Т) в адиабатическом режиме (В=0), а штриховыми – в режиме с теплоотводом (В= 0). В последнем случае S- образная кривая q_р (Т) более пологая. На рисунке значения параметра теплоотвода В (штриховые линии) растут по направлению стрелки.

Из рисунка видно, что при некотором значении В станет возможной реализация только одного стационарного режима. Наличие теплоотвода к внешнему теплоносителю в проточном реакторе идеального смешения позволит реализовать стационарный режим процесса в нем практически для любой степени превращения. Неоднозначность и неустойчивость стационарных режимов проявляется при масштабном переходе от лабораторных исследований к промышленному реактору.

Вследствие больших тепловых потерь, вызванных малым масштабом лабораторного реактора, температуру поддерживают искусственно, при этом практически любой режим является устойчивым. Однако, в промышленном реакторе режим, подобранный по лабораторным испытаниям, по этой причине может быть не реализуем.