с отводом тепла через стенку (а) и отводом тепла
с помощью охлаждающих элементов (б)
Адиабатический реактор идеального смешения периодический РИС-П-Апредставляет собой реактор с мешалкой, стенки которого изолированы. При адиабатическом режиме отвод тепла отсутствует. |
Изотермические реакции проводят на практике только в непрерывных реакторах, так как в изотермических реакторах путем подвода или отвода тепла поддерживается постоянная температура в течение всего процесса. |
Для поддержания постоянной температуры в реакторе периодического действия отвод тепла должен изменяться во времени, что в промышленных условиях осуществить трудно. В связи с этим изотермические реакторы периодического действия на практике не применяются.
Решить уравнение теплового баланса – значит найти переменные параметры, при которых будет соблюдаться равенство между приходом тепла и его расходом (Q пр = Q расх).
Однако в производственных условиях необходимо, чтобы это равенство соблюдалось при возможно более высокой степени превращения и при условии обеспечения устойчивой работы реактора.
|
|
Понятие устойчивости: система считается устойчивой, если после наложения какого-либо возмущения она самопроизвольно возвращается в прежнее состояние при снятии этого возмущения.
При неустойчивом состоянии незначительное отклонение какого-либо параметра технологического процесса от его первоначального значения (температуры, концентрации, давления и др.), что в производственных условиях всегда может иметь место,
· приводит к отклонению от стационарного состояния в реакторе;
· это отклонение увеличивается во времени,
· а режим реактора не возвращается в исходное состояние и после снятия возмущения.
Расчеты и опыт показывают, что существуют такие условия, при которых режим работы реактора становится чрезвычайно чувствительным к незначительным изменениям исходных параметров.
Величину, характеризующую изменение какого-либо конечного параметра процесса при изменении начального значения какого-либо параметра, называют параметрической чувствительностью. Этот показатель имеет большое практическое значение и должен учитываться при разработке и оформлении химических процессов.
Качественно влияние параметрической чувствительности можно установить на примере простой экзотермической реакции А > R + Q, проводимой в РИВ. На рисунке показаны зависимости температуры реакционной смеси и степени превращения от длины реактора, эти данные получены при нескольких значениях температуры стенки реактора Т ст и при условии, что эта температура поддерживается постоянной по всей длине реактора. |
Из анализа рисунка видно, что незначительное снижение температуры стенки Т ст (ниже 310 °С) приводит к очень
|
|
сильному уменьшению температуры реакционной смеси в горячей области реактора, где резко возрастает степень превращения (ХА). Следовательно, реактор обладает высокой параметрической чувствительностью по отношению к температуре стенки.
Подобная чувствительность может наблюдаться по отношению к другим параметрам (концентрации реагента, объему смеси, коэффициенту теплопередачи и др.).
Температура является одним из самых мощных факторов, влияющих на скорость химических процессов, поэтому на практике устанавливают оптимальный температурный режим каждого химического процесса с учетом
условий равновесия протекающих реакций,
кинетических факторов,
селективности по целевому продукту,
термостойкости аппаратуры и т.д.
При работе реактора в политропическом и изотермическом режимах имеет место теплообмен с окружающей средой. Регулируя этот теплообмен, можно приблизить температурный режим реактора к оптимальному.