Глава 2.

Практическая часть.

Математическая модель – это система уравнений, которая устанавливает взаимосвязь между входными и выходными параметрами реактора. Математическая модель реактора должна содержать минимальное количество уравнений при сохранении качественных и количественных характеристик реактора. Математическую модель реактора рассматривают по четырём уровням:

Уравнение материального баланса.

Уравнение теплового баланса.

Кинетическое уравнение (или уравнения, если в реакторе протекает несколько реакций).

Уравнение, описывающее гидродинамическую обстановку в реакторе.

Для упрощения математической модели вводят допущения, которые существенно упрощают математический аппарат, при этом не изменяют сущность рассматриваемого объекта. Применительно к химическому реактору, наибольшую сложность представляют уравнения, описывающие гидродинамическую обстановку в реакторе. Поэтому были созданы модели идеализированных реакторов, в которых характер движения реагентов ограничивается двумя режимами: полного смешения и идеального вытеснения.

Модель идеального вытеснения предполагает, что реактор представляет собой вытянутый канал, то есть один из геометрических размеров которого (длина или высота) много больше другого геометрического размера (диаметра): L>>D или H>>D. Модель идеального вытеснения предполагает «поршневой» режим движения реагентов. То есть поток реагентов можно разбить на N слоёв бесконечно малой длины, каждый из которых продвигается в направлении от входа в реактор к выходу, выталкивая впереди идущий слой. Таким образом, в модели идеального вытеснения запрещено перемешивание в направлении оси потока, но разрешено радиальное перемешивание. В отличие от модели полного смешения, в реакторе идеального вытеснения (РИВ) изменение всех параметров происходит плавно по длине реактора.По модели РИВ могут рассматриваться только проточные реактора.

Дегидрирование бутана проводят в адиабатическом реакторе полного смешения.

Кинетическое уравнение:

U=k₊*(PC₄H₁₀/PC₄H₈)*(1-PC₄H₈*PH₂/(PC₄H₁₀*Kp)) (м³С₄H₁₀/м³*с)

Зависимость константы скорости прямой реакции от температуры:

Lg(K₊)=9,6-9050/T

Зависимость константы равновесия от температуры:

lgKp=-6700/T +7.574

Определить наилучший температурный режим реактора полного смешения и производительность по бутену, если исходный состав (мольные доли): бутан 0,1-0,3 , бутен 0,01, водород 0,02, остальное – азот, расход смеси 10000-20000 м³/ч, температура смеси на входе в реактор 800-1200 К, давление 0,5-2 Мпа.

С₄H₁₀ →C₄H₈ + H₂

Так как адиабатический коэффициент нашей задачи имеет отрицательный знак то температура в адиабатическом реакторе будет ниже,а значит константа реакции будет меньше при адиабатическом ,чем при изотермическом режиме реактора.Следовательно при одинаковом объёме реактора степень превращения при изотермическом режиме будет выше. Таким образом, выгоднее будет использовать изотермический режим.

Построим график для производительности:

На данной графической зависимости видно, что производительность изотермического реактора выше чем адиабатического реактора. Это обусловлено тем, что степень превращения в изотермическом выше чем в адиабатическом реакторе. Следовательно максимальная производительность н-бутилена обеспечивается при использовании изотермического температурного режима.