Обратимая экзотермическая реакция

Лекция

Модель теплообменника

- является более сложной моделью чем смеситель или делитель потоков, так как при изменении температуры возможно изменение фазового состояния, в связи с этим существуют несколько расчетных моделей теплообменных аппаратов:

1) аппарат газ-газ или жидкость-жидкость без изменения фазового состояния

2) аппарат с фазовым переходом для систем г-г и г-ж это конденсаторы паров, испарители

3) аппарат с фазовым переходом и процессом охлаждения (нагрева)

К 1-му варианту относятся холодильники-конденсаторы ректификационных колонн в которых перегретый пар охлаждается до температуры начала конденсации затем конденсируется, затем охлаждается до заданной температуры.

Ко 2-му варианту относятся обогреватели-испарители применяемые для создания парового орошения колонны кроме того на процесс расчета влияние оказывает конструкция теплообменника и характер движения теплообменивающих средств. Возможно прямоток, противоток, перекрестный ток, поточность теплообменника по трубному пространству, поточность межтрубного пространства и так далее…

Сама задача расчета теплообменника может быть 2-х видов:

1) Поверочный расчет заключается в определении температур потоков покидающих аппарат при известной поверхности теплообмена.

2) Проектный расчет заключается в определении поверхности теплообмена аппарата и его конструктивных характеристик по заданным расходам, составам и температурам на входе и выходе из аппарата

Рассмотрим поверочный расчет теплообменника без фазовых переходов со следующими допущениями:

1) Имеем одноходовой теплообменник в стационарном режиме

2) Известна поверхность аппарата

3) Коэффициенты теплоотдачи потоков рассчитывают при начальной температуре потоков (указанное допущение может носить значительную ошибку по этому это допущение годится для первого приближения, а в последующих расчетах необходимо рассчитывать средние температуры потоков и находить коэффициенты отдачи)

4) Схема движения потоков или противоток

5) Потери тепла отсутствуют (КПД 100%)

6) Расходы и составы потоков не меняются

Решения для эндотермической реакции имеет вид

Q X=1

Необходимо выше нагревать сырье на входе в реактор.

Экзотермические реакции в адиабатическом лице РИС-Н

Х=1 D

B

Т1 A

Т2 Т3

В зависимости от начальной температуры реакционной массы возможны следующие случаи:

1) При температуре T1 наблюдается одна точка пересечения,то если одно решение соответствуюшее крайне низкой степени превращения Х1 повысив температуру до Т2 прямая теплоотвода пересекает кривую тепловыделения в 3-х точках A,B,C каждая из которых соответствует определенному тепловому режиму реактора а точках А,С при случайном повышении температуры прямая теплоотвода проходит выше кривой тепловыделения,это значит, что реактор самопроизвольно остынет и вернется в точки А или С, если в этих же точках произойдет незначительное снижение температуры, то кривая тепловыделения будет лежать выше кривой теплоотвода, реактор самопроизвольно разогреется в точки А, С в которых тепловыделение и теплоотвод равн, в точках А,С -- УСТОЙЧИВЫЙ ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ РЕАКТОРА. Точка B является неустойчивым режимом, так как незначительное повышение температуры приводит к саморазогреву реактора до режима С, если температура в точке В незначительно понизится, то происходит самопроизвольное остывание до точки А, надо избегать ситуаций при которой возможно несколько режимов работы реакторов так как реактор становится неуправляемым, для работы на устойчивом режиме обеспечивающем высокий выход продукта необходимо поднять температуру смеси в реакторе на входе в реактор до Т3, тогда модель имеет только одно решение соответствующее высокой конверсии (точка D) по техническим возможностям или по свойствам среды температуру поднимать нельзя, то можно сдвинуть кривую тепловыделения к началу координат увеличив время пребывания в аппарате что бы уменьшить расход сырья.

- кривые превращения имеют максимум, температуру на входе в аппарат следует подбирать таким образом что бы реактор работал в точке максимального выхода продукта.

Tj T

Политермический РИС-Н в таком аппарате часть тепла расходуется на изменение температуры в реакционной массе, а часть тепла отводится (подводится) через теплообменные устройства, уравнение теплового баланса политермического реактора имеет вид

То-температура сырья на входе в аппарат

Т – температура среды в реакторе

Тт - температура теплоносителя

уравнение прямой линии графически решение выгляди так:

Х=1 политермический режим

Адиабатический режим

То

Аналогичные рассуждения придется привести для экдо- и экзотермической обратимых реакций