3.4.2. Изотермические реакторы

Изотермический режим можно осуществить только в проточных реакторах (непрерывно действующих), так как для поддержания постоянной температуры в реакторе периодического действия отвод тепла должен изменяться во времени в соответствии с режимом тепловыделения, что в промышленных условиях осуществить трудно.

В изотермическом реакторе идеального смешения непрерывном отвод (или подвод) тепла осуществляется через стенку, которая охлаждается каким-либо хладоагентом или с помощью теплообменных элементов, расположенных внутри реактора.

Так как в изотермических условиях температура реакционной среды не изменяется (Т₀ = Т), уравнение

принимает вид

(163)

Выражая тепловые потоки на 1 кмоль реагента А, получаем следующие значения для Q_х.р и Q_т:

Q_х.р = Н х_А;

(164)

где F – полная поверхность теплообмена; k – коэффициент теплопередачи; Т – температура в реакторе; Т_т – температура в теплообменнике; В_А0 – расход питания (количество кмоль реагента А, поступающего в реактор в единицу времени).

Подставляя (158) и (164) в уравнение (163), получаем уравнение теплового баланса для РИС-Н, работающего в изотермическом режиме

(165)

3.4.3. Политропические реакторы

В политропическом реакторе имеет место теплообмен, и температура реакционной среды меняется, причем изменение температуры может происходить по любому закону, независимо от величины теплового эффекта протекающих в нем реакций и степени превращения. Поэтому наиболее важная задача при расчете политропических реакторов состоит в определении оптимального профиля (во времени или в пространстве) температуры, при которой скорость процесса в любой момент времени реактора РИС или в любом сечении реактора РИВ была бы максимально высокой. Уравнение теплового баланса (70) политропического реактора для стационарных условий запишется в виде

(166)

Подставляя в уравнение (166) ранее найденные значения тепловых потоков (156), (158) и (164), получаем уравнение теплового баланса для политропического РИС-Н

Н х_А = + . (167)

Из приведенного уравнения видно, что в политропическом реакторе тепло химической реакции частично расходуется на нагревание реакционной смеси, а частично отводится путем теплообмена.

Меняя соотношение между Q_конв и Q_т, в политропическом реакторе можно создать любой температурный режим.

Для политропического реактора идеального вытеснения уравнение теплового баланса примет вид

Н dх_А = + (168)

где – поверхность теплообмена, приходящаяся на 1 м длины трубчатого реактора; dl – длина элемента реактора.

174