Дәріс 21, 22 – Химиялық реакторлардағы жылу тасымалдау

Мазмұны:

1. Әртүрлі жылулық режимдағы реакторлардың жіктелуі

2. Толық араластырудың мерзімді және үздіксіз реакторлары.

1. Адиабаттық реакторлар. Мұндай аппараттарда қоршаған ортамен жылуалмастыру болмайды, себебі, олар жақсы сақтағышпен жабдықталған. Реакцияның барлық жылуы әрекеттесуші реагенттер ағынымен жиналады. Процестің температуралық ережесі реактордың биіктігі бойынша кез келген нүктеде келесі теңдеумен сипатталады: (1), мұнда , - жүйенің, сәйкесінше, соңғы және бастапқы температуралары, - бастапқы заттың толық айналдырылуындағы немесе әртеткті процестердегі негізгі компоненттердің бір күйден екінші күйге толық өткендегі реакцияның жылулық нәтижесі, G – реакциялық қоспаның жалпы салмағы, – қоспаның t_б – t_c температуралық аралықтағы орташа жылу сыйымдылығы, х – айналдыру дәрежесі, - бастапқы заттың алғашқы концентрациясы. (1) байланысы түзу теңдеу болып саналады, оны былай көрсетуге болады: (2) мұнда - процестің адиабаттық коэффициенті.

Изотермиялық реакторлар. Олардың реакциялық көлемінің барлық нүктелерінде тұрақты температура болады, яғни уақыт аралығында және кеңістікте t_с=t_орт. Бірқалыпты температуралыққа жетудің жолдары түрліше. Реакциялық көлемге орналастырылған жылуалмастырғыш құрылғылардың көмегімен бір қалыпты температуралық жағдайларға жетуге болады. Бұл жағдайда аппараттың әрбір элементарлы көлемінде жылулықты алу немесе жеткізу Q_m реакцияның жылулығына Q_p тең болуы қажет, яғни (3), мұнда - жылуауыстыру бетінен F орташа қозғаушы күштің белгілі бір уақыт аралығында τ жылу беру коэффициенті.

Бірқалыпты температуралық ереже λ мөлшері аздау болған жағдайда сақталады, яғни алғашқы заттардың концентрациясы төмен және реакцияның жылу нәтижесі аз болғанда. Кейбір жеке жағдайларда реакторларда бірқалыпты температура жылу бөлетін және қабылдайтын айналдырулардың жылулық тепе теңдігінің нәтижесінде орнайды, мысылы, жылу бөлінетін реакциялардың жылуының еріткіштің булануы арқылы толтырылуы.

Политермиялық реакторлар. Политермиялық реакторларда реакцияның жылуы тек жарым жартылай жылудың алынуымен немесе берілуімен толықтырылады, кей жағдайда жылулық нәтижесі негізгі реакцияға қарама қарсы процестің жылуымен толықтырылады.

Политермиялық ығыстыру реакторының биіктігі бойынша әрбір элементарлы көлемдегі температураның өзгеруі келесі теңдеумен есептеледі: (4), ал айналдыру дәрежесі (5), мұнда F – жылуберу беті, - ∆Н/n (n-өнімнің мольдік саны).

2. Мерзімді жұмыс істейтін реакторлар. Мұндай реакторларға реагенттерді операцияның алдында тиейді. Берілген айналдыру дәрежесін қамтамасыз ететін белгілі уақыт өткеннен кейін аппарат реакциялық өнімнен босатылады. Процестің негізгі параметрлері (С, Т, Р) уақыт аралығында өзгереді.

Процестің орташа жылдамдығын реактордың өнімділігімен өлшеуге болады. Нақты жылдамдық реактордың жұмыс істеу уақыт аралығында өте тез және сызықсыз өзгереді: біріншіден, реагенттердің бастапқы концентрациясының төмендеу нәтижесінен (логарифмдік заңмен); екіншіден, процестің тұрақсыз температуралық нәтижесінен (температураның бастапқы дәуірде жоғарылауынан, ал соңынан оның төмендеуінен). Айналдыру жылдамдығына осындай реактордың жұмыс істеу процесінде жаңа күйдің пайда болуы да әсер етеді. Мерзімде реакторларда реагенттердің өте қатты араластырылуы нәтижесінде толық араластыру жағдайы орнатылады және сәйкесінше кез келген уақыт аралығында барлық реакциялық көлемде температурада біркелкі болады.

Үздіксіз жұмыс істейтін реакторлар. Бұл реакторларда бастапқы заттар үздіксіз тиеліп және сонымен қатар реакцияның өнімдері үздіксіз шығарылады. Уақытқа кері болып саналатын шама көлемдік жылдамдық V деп аталады, оны материал шығынының пайдалы реакциялық көлемге қатынасы арқылы анықтауға болады: V = V_m /υ (6), мұнда V_m – τ уақыт аралығындағы түсетін заттың көлемі, υ – реакциялық көлем. Сонымен, көлемдік жылдамдық үздіксіз істейтін аппараттың өнімділігін сипаттайды.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Изотермиялық және адиабаттық реакторлардың айырмашылығы неде?

2. Изотермиялық реактор үшін материалдық және жылулық баланс теңдеулерін құрастырыныз.

Ұсынылған әдебиеттер:

1. Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.

2. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.

3. Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.

4. Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959

5. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.