Динамические характеристики реактора

Лекция

Диффузионные модели

Ячеичная модель реактора

Модели реальных реакторов

При создании таких моделей идут двумя путями, либо заменяют реальный реактор комбинацией идеальных моделей, либо создают специальную модель учитывающую явление диффузионного переноса в аппарате

Представляет собой каскад реакторов смешения состоящий из n отдельных ячеек, каждая ячейка РИС-Н в каждой ячейке выполняется условие если число ячеек n равно единице, то получаем модель РИС-Н, если количество ячеек т бесконечно, то модель превращается в модель РИВ ячеечная модель легко рассчитывается граф-аналитическим методом, реальный реактор смешения описывается n=3-5. Реальный реактор вытеснения описывается моделью с числом ячеек n=10-20

Такие модели включают в себя параметры учитывающие протекание продольной (однопараметрическая модель) и радиальной (двупараметрическая модель) диффузии. Модели представляют собой уравнение дифференциальной формы

Dl – коэффициент продольной диффузии

Dr коэффициент радиальной диффузии

Уравнения интегрируют и решают относительно времени, решение сложное, требует специальных средств параметры модели Dl, Dr определяют экспериментально поэтому на практике шире распространена ячеичная модель идеального реактора для определения влияния различных параметров на режимы работы аппарата используют критерий Модульштейна он же критерий при больших значениях длины реактора и скорости потока режим движения приближается к турбулентному и реактор ведет себя как модель идеального вытеснения, если скорость потока низкая, а коэффициент диффузии высок, получается модель идеального смешения

Для этого на вход в реактор подают индикатор (трассер) и по изменению концентрации на выходе из реактора строят выходную кривую позволяющую рассчитать перечисленные величины, существует 2-а метода:

1) Дифференциальный метод в котором индикатор подают в виде отдельного импульса, кривые выглядят следующим образом

Импульс индикатора

С

Реактор вытеснения

В большенстве случаев тепература изменяется. Температура – один из важнейших факторов управления процессом в частности она влияет на скорость реакции селективность состояние равновесия. По этому даже простейшие модели реакторов должны содержать уравнения материального и теплового баланса

Тепло передаваемое через рубашку аппарата на практике величина тепловых потерь состовляет теплоемкость при постоянном тепле и продукте ро нулевое ро плотность сырья и продуктов т нулевое т плотность сырья и продуктов дельта аш – изменения энтальпии реакции ку – скоость химической реакции В объем реакции Ф. ф аппарата поверхность теплообмена аппарата рубашки и аппарата Т коэффициент теплопередачи альфа – коэффициент теплоотдачи у поверхности аппарата дельта Т со значком т – разность температур теплоноситель на входе и выходе из рубашки дельта т – разность температур воздуха и поверхности аппарата Н мощность затраченная на перемешивание если реактор работает в стационарном режиме то, накопление тепла отсутствует. Для жидкофазных реакторов плотность, теплоемкость и объемная скорость потока изменяются незначительно уравнение материального и теплового баланса без теплообмена

d в адиабатическом реакторе степень превращения пропорциональна разнице температур на входе и выходе из аппарата разность температур соответствующих полному превращению сырья называется адиобатической разностью температур эта разность пропорциональна тепловому эффекту реакции и концентрации вещества на входе в аппарат графически уравнение теплового баланса выглядит как прямая линия с углом наклона выходящий из точки v0 для необратимой реакции первого порядка скорость химической реакции можно записать подстановка скорости химической реакции уравнение материального баланса и его решении относительно Х выглядит следующим образом

Эндотермическая реакции протекающая с выделением тепла точки пересечения прямой теплового баланса с кривыми материального баланса соответствуют температуре на выходе из реактора t0 из графика видно, что для достижения высокого выхода температура на воде в реактор (t0)должна быть такой, что бы точко пересечения была как можно ближе к X0 равное 1 система уравнений имеет одно решение – устойчивый тепловой режим)