Моделирование химического реактора

Математическая модель-система уравнения, устанавливающих связь между входными параметрами и выходными показателями рассматриваемого объекта.

Выявление связи осуществляется с применением критериев коррекции модели.

В подавляющем большинстве случае, в качестве коррекции используются физические критерии, т.е. параметры, определяемые экспериментально. Поэтому при составлении любой математической модели реактора необходимо помнить, что увеличение количества уравнений в модели ведет как увеличению точности математического описания, так и к увеличению общей системной ошибке, связанной с точностью определения физических параметров.

Математическая модель создается в 4 этапа:

1. уровень валового объема. На этом этапе используются законы химического взаимодействия на молекулярно-кинетическом уровне (законы равновесия и кинетики).

2. уровень минимальной реакционной зоны. На этом этапе рассматривается совокупность элементов валового объема и учитываются законы диффузии. Т.е. транспорт реагентов к поверхности раздела фаз и транспорт продуктов от поверхности раздела фаз.

3. уровень рабочей зоны реактора. Рассматривается замена транспорта реакционной смеси по реактору в целом.

4. совокупность рабочих зон реактора используется в том случае если технологически основано применение многосекционных реакторов.

Любая математическая модель должна содержать как минимум четыре уравнения.

1. уравнение математического баланса реактора.

2. уравнение теплого баланса реактора.

3. уравнение кинетики (диффузионная) химическая скорость процесса определяется скоростью реакции. Скорость пода и отвода реагентов.

4. уравнение, описывающее гидродинамическую обстановку в реакторе.

Любая математическая модель составляется для элементарного объема за элементарный промежуток времени.

Элементарный объем – минимальный объем, границами которого мы можем пренебречь и изменением технологических параметров за элементарный промежуток времени. Т.е. в течение элементарного промежутка времени все технологические параметры в границах этого объема постоянны. А на границах отличаются на какую-то минимальную величину. Элементарны объем неподвижен относительно корпуса реактора и его объем не меняется.

Работу любого реактора можно рассмотреть в двух режимах:

1. стационарный – в нем не происходит накопление вещества и энергии. В нем могут работать только проточные реактора.

2. нестационарные – в нем происходит положительное или отрицательное накопление вещества или энергии. В нем могут работать только проточные реактора. В случае их запуска (+ накопление) и остановки (- накопление вещества и энергии). Тут работают все периодического действия реактора.

Для составление теплового баланса реактора необходимо знать, что по тепловому режиму все реактора делятся на адиабатические и неадиабатические.

Адиабатическими считаются реактора у которых отсутствует теплообмен с окружающей средой.

Неадиабатическими считаются реактора у которых присутствует теплообмен с окружающей средой.

Деление по температурному режиму:

1. изотермические – вся теплота, которая выделяется или поглощается в результате химической реакции, компенсируется за счет использования теплообменных элементов.

2. адиабатические – вся теплота, которая выделяется в результате реакции, расходуется на разогрев реакционной смеси.

3. политермический – режим с частичной компенсацией теплового эффекта. По конструкции аналогичен с изотермическим реактором. По тепловому эффекту компенсируется не весь.