Достоинства непрерывных процессов

1. технологические процессы переработки протекают одновременно со вспомогательными и транспортными операциями.

2. нет длительных простоев оборудования

3. высокая производительность

4. постоянство технологических параметров (температура, давление, концентрация) во всех точках реактора.

5. гибкость процесса, простота обслуживания.

6. постоянство качества продукции

7. возможность полной механизации и автоматизации

8. возможность утилизации отходов

9. минимальные затраты энергии и материалов

Достоинства непрерывных процессов являются недостатками периодических. Поэтому во многих случаях целесообразен перевод периодических процессов на непрерывные процессы.

Причины существования периодических процессов

1. не изобретены средства рациональной механизации и автоматизации маломощных и малогабаритных установок.

2. более высокое качество продукта по сравнению с непрерывным процессом.

3. Стационарные системы

Стационарной называется поточная система, в которой потоки постоянны во времени.

и

В стационарной системе не происходит изменения плотности потока во времени. Параметры состояния и состав потока являются только внутренней характеристикой системы.

P = I(L) ; T = f(L) ; C_i = Ф(L) L – линейный размер системы.

Допуская существование только конвективного потока, имеем из уравнения Дамкелера:

Если движущийся поток несжимаем, ,

тогда: .

Это уравнение характеризует систему, свободную от источников, причем вещество, в ней не образуется и не теряется.

Рассмотрим стационарный конвективный поток вещества только в одном направлении вдоль оси «х» и проведем расчет не по плотности потока, а по потоку, протекающему через рассматриваемое сечение «F».

Для оси «х»: . Умножим на «F» и получим поток:

. Значит: или

Поскольку ,то в векторной форме:VF=Const или

Это уравнение представляет собой простейшую и наиболее употребляемую форму уравнения неразрывности.

Рассматривая поток, протекающий в объеме, то есть количество вещества, имеем: ,

pV_R = m – масса вещества

mV_x = const, mV = const, m₁V₁ = m₂V₂

Это простейшее выражение закона сохранения количества движения.

4. Нестационарные системы (процессы)

Нестационарными называют поточные системы, в которых потоки являются переменными во времени.

- частная производная от обобщенной плотности по времени.

Тогда:

Следовательно, параметры состояния зависят от времени и место своего измерения. Это означает, что любое местное изменение в системе характеризуется изменением плотности потока. Для нестационарных процессов в уравнении Дамкелера всегда присутствуют пятый член, характеризующий локальные (местные) изменения в системе.

Пример: нестационарная система, в которой протекает периодический процесс. Уравнение Дамкелера для потока компонента с учетом того, что:

- гомогенная система, следовательно, при описании не будет в уравнении переходящего потока.

- Диффузионным потоком можно пренебречь примет следующий вид:

(1)

В условиях интенсивного перемешивания реакционной среды, когда диффузионным потоком можно пренебречь.

Все изменения реагирующих веществ в такой системе будут происходить только в результате расходования или образования за счет протекающих химических реакций. Выразим dC_i через начальную концентрацию и степень превращения.

(2)

выразим время:

(3) – выражение для времени пребывания

Проинтегрируем (3) : в процессе.

(4)

- время пребывания, необходимое для достижения нужной степени превращения при определенных условиях процесса.

Уравнение (4) описывает нестационарный процесс для потока компонента.

Примером нестационарного процесса может быть химический реактор периодического действия.

В общем случае:

Для потока теплоты:

λ- коэффициент теплопроводности; λ=a*p*C_p

a- коэффициент температуропроводности.

Поделим на р*С_р

Тогда при

Получим:

Для потока компонента: или