Проектные уравнения реакторов, работающих в политропном режиме

1) РИС-П-П

Для этого реактора конвективный перенос отсутствует, т. е. части II=0 и III=0

(1)

- скорость химической реакции. Для РИС-П-П:

(2)

Подставив (2) в (1) и проведя сокращения, получаем:

Умножим левую и правую части на объем реакционной смеси, получим окончательное выражение для теплового баланса РИС-П-П:

-общая поверхность тепообмена.

2) РИВ

В РИВ изменение температуры происходит в одном направлении – по длине реактора.

Изменение температуры за счет молекулярной теплопроводности мало и его можно не учитывать (III=0).

С учетом этого общее уравнение теплового баланса для РИВ при стационарном режиме, когда накопление в реакторе тепла =0 :

(3)

Скорость химического процесса в РИВ может быть выражена тем же уравнением, что и в случае РИС-П (), а линейная скорость и движение теплового потока:

(4).

Подставим (4) в (3) и, сокращая, получим:

- на единицу длины реактора.

3) РИС-Н

Для РИС-Н можно считать, что отсутствует градиент параметров, как во ремени, так и в объеме, поэтому уравнение теплового баланса составляют в целом для реактора.

При стационарном режиме работы запишем уравнение теплового баланса:

Исходя из полученных общих уравнений, Отражающих политропный режим можно найти проектные уравнения для адиабатического и изотермического режимов.

Проектные уравнения реакторов, работающих в адиабатическом режиме

Реактор, работающий в адиабатическом режиме представляет собой аппарат, стенки которого изолированы от окружающей среды.

Т. к. при адиабатическом режиме отвод тепла отсутствует, то V=0

1) РИС-П

(5)

Если принять, что значения ΔHr, Cp – постоянные, то после интегрирования уравнения (5):

или (6)

T – температура на выходе, T₀ – температура на входе в реактор.

.

При проведении реакции до конца, т. е. x_i=1 из уравнения (6) получим уравнение:

T – температура реакционной массы в адиабатическом процессе; - адиабатическое изменение температуры.

2) В проточных реакторах вытеснения и смещения также отсутствует теплообмен, поэтому для проточного вытеснения РИВ получаем:

(7)

Если принять, что ине зависят от температуры, то из (7) следует:

3) Для проточного реактора смешения РИС-Н:

Таким образом, для всех реакторов при адиабатическом режиме и постоянных значениях итепловой баланс выражается в виде одинаковых уравнений.

Проектные уравнения реакторов, работающих в изотермическом режиме

Химические процессы при постоянных температурах можно провести в непрерывно действующих реакторах, т. е. для РИС-П такой режим невозможен, а возможен только для РИС или РИС-Н.

Для них можно принять, что

1) С учетом этих замечаний получим для РИВ обобщенное уравнение:

2) Для проточного реактора смешения РИС-Н можно записать, что

Оптимальный температурный режим и способы его осуществления в промышленных реакторах

Температурный режим проведения химического процесса, обеспечивающий экономически целесообразную максимальную производительность едины объема реактора по целевому продукту называется оптимальным.

Подход к разработке оптимального температурного режима может быть различным, в зависимости от типа химической реакции. Рассмотрим влияние кинетического уравнения на выбор температурного режима: