33.Адиабатический, изотермический и политропический тепловые режимы для моделей реакторов рис - п, рив и рис – н

В адиабатическом реакторе отсутствует теплообмен с окружающей средой, и тепло химической реакции полностью расходуется на изменение температуры реакционной смеси.

В изотермическом реакторе путем подвода или отвода тепла поддерживают постоянную температуру в течение всего процесса.

В политропическом реакторе температура не постоянна, при этом часть тепла отводится или подводится.

Адиабатический и изотермический реакторы представляют предельные случаи, которых на практике не бывает, но режим работы многих промышленных реакторов приближается к этим крайним моделям, поэтому с достаточной для практических целей точностью реакторы могут рассчитываться по уравнениям, полученным для адиабатических и изотермических режимов.

Исходным уравнением для расчета реакторов с учетом переноса тепла является уравнение теплового баланса,которое обычно составляют по одному из компонентов реакционной смеси.

Адиабатический реактор периодического действия, например реактор идеального смешения (А-РИС-П), представляет собой аппарат с мешалкой, стенки которого имеют тепловую изоляцию для поддержания адиабатического режима. В адиабатических реакторах нет теплообмена, т. е. Qт = 0. В периодическом реакторе отсутствует также и конвективный поток, поэтому Qконв = 0

Адиабатические реакторы непрерывного действия. В адиабатических проточных реакторах отсутствует теплообмен с окружающей средой (Qт = 0), для стационарных условий не происходит также накопление тепла (Qнак = 0), поэтому уравнение принимает вид

Адиабатический реактор идеального вытеснения (А-РИВ) представляет собой трубчатый реактор, снабженный тепловой изоляцией. Значения тепловых потоков, входящих в уравнение, для элементарного объема реактораdVр можно определить из общего дифференциального уравнения с учетом ряда упрощений, соответствующих гидродинамической обстановке и тепловому режиму в данном реакторе.

В реакторе идеального вытеснения конвективный перенос тепла (так же, как и вещества) происходит только в направлении основного перемещения потока реагентов, т. е. по длине реактора l (или по оси Х), а по осям Y и Z градиенты параметров равны нулю, поэтому можно записать

Адиабатический реактор идеального смешения непрерывный (А-РИС-Н) снабжен мешалкой и тепловой изоляцией для поддержания в нем адиабатического режима. Следует помнить, что в РИС-Н благодаря интенсивному перемешиванию все параметры процесса, имеющие на входе в реактор значения C_А0, х_А0, Т₀, мгновенно изменяются до C_А, х_А, Т, имеющих одинаковые значения по всему объему реактора и отличающихся от выходных параметров.

Рассмотрим вывод уравнения теплового баланса для А-РИС-Н, работающего в стационарном режиме, для которого Q_нак = 0 и Q_т = 0, и уравнение (70) принимает вид

При этом где– молярные теплоемкости потока реагентов на входе в реактор и выходящего потока, отнесенные к 1 молю вещества А; Т₀, Т – температура реагентов на входе в реактор и выходящего потока.

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

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

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