Тепловой баланс системы.
Т=Ткин.+Тг/д +Тт/о
Температура принадлежит к числу факторов наиболее сильно влияющих на скорость химической реакции, поскольку протекание большинства химических процессов в значительной степени зависит от явления переноса тепла в системе.
Величина Ткинетич в структуре теплового баланса для всех типов моделей записывается как сумма произведений скорости каждой стадии на соответствующий ей тепловой эффект. Скорость стадии берётся по модулю, а знак сомножителя определяется знаком теплового эффекта.
где - плотность реакционной смеси,
ср – теплоемкость реакционной смеси.
Н-р:
Следующая составляющая в уравнении теплового баланса гидродинамическая Тгидр, характеризует каким образом изменяется температура в потоке в зависимости от скорости перемешивания потока и конструкционных особенностей аппарата, в котором происходит процесс.
1). Модель идеальное смешение.
Гидродинамическая составляющая описывается следующим уравнением:
;
;
где Т0
– температура потока на входе в аппарат,
Т – температура на выходе из аппарата
2). Модель идеальное вытеснение.
Гидродинамическая составляющая описывается следующим уравнением:
.
3). Модель диффузионное однопараметрическое вытеснение.
Гидродинамическая составляющая описывается следующим уравнением:
,где
l
– продольная теплопроводность
турбулентного потока
4).Модель диффузионное двухпараметрическое вытеснение.
Гидродинамическая составляющая описывается следующим уравнением:
R – поперечная теплопроводность
5). Ячеечная модель.
Гидродинамическая модель:
Теплообмен - т то.
Учёт стохастической составляющей модели теплообменной аппаратуры позволяет найти распределение температур по длине поверхности теплообмена. Обычно расчёт теплообменной аппаратуры выполняется в следующей последовательности:
Составляется тепловой баланс всех потоков приводящих и отводящих тепло Qприх.=Qрасх.
Qпр.=G*Cр*(Тнач - Ткон)
G-количество теплоносителя , Cр- теплоноситель
Тнач,Ткон -начальная и конечная температура теплоносителя.
2). Определяется поверхность теплообмена
F=Qт./k tср.
Анализ процессов, связанных с отводом тепла и теплообменом базируется на исследовании материальных моделей этих процессов, представляющих собой определенные варианты уравнения теплового баланса.
Идеальное смешение.
Модель основана на предположении о полном смешении теплоносителя, поэтому его температура будет постоянной по длине теплообменника.
где К – коэффициент теплопередачи,
F –поверхность теплопередачи,
Т1 –температура потока в аппарате,
Т2 – температура теплоносителя,
Vr – объем аппарата.
Знак «+» - тепло поступает в систему, знак «-» - отвод тепла из системы
Идеальное вытеснение.
В основе модели лежат допущения о постоянстве температуры в поперечном сечении и отсутствии продольного перемешивания.
,
где dR- диаметр трубы теплообменника.
В зависимости от тепловых режимов все реакторы делятся на:
изотермические,
адиабатические ,
политропные.
В изотермических для поддержания постоянной температуры необходимо подводить или отводить тепло. Его количество соответствует суммарному тепловому эффекту всех реакций протекающих в системе. Так как в таком реакторе температура постоянна, то уравнения теплового баланса нет.
Т=
const.
Однако эти реактора сравнительно редко используются в крупномасштабных производствах из-за высокой стоимости оборудования для съёма или подвода тепла.
Реактор называется адиабатическим, если в системе выделяемое в результате химической реакции тепло полностью идёт на изменение температуры при этом теплообмен с окружающей средой полностью отсутствует. В структуре теплового баланса отсутствует третья составляющая Tто=0.
В политропном реакторе изменение температурного режима в системе происходит и за счёт химической реакции и за счёт теплообмена с окружающей средой.