1.9 КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАКТОРОВ ПО ТЕПЛОВОМУ РЕЖИМУ

1.9.1 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС РЕАКТОРА

Основной классификацией реакторов по тепловому признаку служит тепловой баланс, который описывается 3-м уравнением Дамкелера для потока теплоты.

(1)

Если умножить каждый член уравнения на объем реактора Vr , то получим тепловой поток, проходящий в единицу времени.

Линейную скорость потока выразим через расход питания B и диффузионным потоком теплоты пренебрежем, уравнение (1) примет вид

(2)

Уравнение (2) – Тепловой Баланс реактора.

(3)

1.9.2 АДИАБАТИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ (АДР) ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ (ПД)

Адиабатические реакторы периодического действия (АдРПД) – теплоотдача в которых отсутствует:

Температура реакционной среды изменяется за счет протекающих реакций:

(4)

Уравнение (4) – тепловой баланс для адиабатического реактора периодического действия подставим скорость химической реакции и выразим изменение температуры T:

(5)

(6)

Между Т и Х (выход) имеется линейная зависимость При Т0 X0=0, следовательно

(7)

Максимальный выход или Xmax=1 достигается при определенной Тmax, тогда адиабатическое изменение температуры ∆Tад при проведении химической реакции до конца равно:

(8)

при Tmax : Xmax=1

Выражение для степени превращения имеет вид:

(9)

Уравнение АдРПД позволяет рассчитать степень превращения, которая достигается при определенной текущей Т процесса.

1.9.3 АДИАБАТИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ (АДР) НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ (НД)

Отличительной особенностью РНД является стационарный режим работы. Первая часть теплового баланса равна нулю.

1.9.4 4. ИЗОТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ (ИЗР)

Изотермические реакции можно проводить только в непрерывного действия реакторах, т.к. в РПД скорость теплообмена должна изменяться в зависимости от времени протекания процесса с целью поддержания постоянства температуры Т процесса, продукта на выходе из реактора.

Изотермические процессы невозможно проводить в РДП. Поскольку процесс проходит в РНД в стационарном режиме, то уравнение теплового баланса РНД примет вид:

В таком случае, когда температура исходных реагентов на выходе равна температуре продуктов на выходе и равна температуре реакционной среды, то

Изотермический реактор будет работать без теплоотдачи конвекцией.

Совместное решение левой и правой частей уравнения позволяет найти температуру Т теплоносителя для реакции n-го порядка с тепловым эффектом ∆Н для того, чтобы поддержать постоянство температуры в реакторе. В том случае, когда Т на входе не равно Т реагентов внутри реактора, тогда теплота будет отводиться конвективно потоком и уравнение теплового баланса будет иметь вид:

если