29.Уравнение материального баланса химического реактора в общем виде.

Уравнения материального баланса (одно или несколько) составляют по тому или иному компоненту — участ­нику реакции (реагенту или продукту), отражая в уравнении все из­менения, происходящие с этим компонентом. Если реакция, протекающая в химическом реакторе, простая, то обычно составляют одно уравнение материального баланса по любому реагенту или продукту. Если реакция сложная, математическое описание, как правило, вклю­чает несколько уравнений материального баланса по нескольким веществам, каждое из которых участвует по меньшей мере в одной ил простых реакций, составляющих сложную.

Уравнение материального баланса по веществу J учитывает все виды поступления и расходования этого компонента в пределах эле­ментарного объема ∆V в течение промежутка времени ∆Т :

nJ,вх – nJ,вых – nJ,х.р. = nJ,нак

где nJ,вх — количество вещества J, внесенное в элементарный объем ∆V за время ∆Т с потоком участников реакции; nJ,вых - количество вещества J, вынесенное из объема ∆V за время ∆Т с потоком участни­ков реакции; nJ,х.р — количество вещества J, израсходованное на химическую реакцию (или образовавшееся в результате ее протекания) в объеме ∆V за время ∆Т; nJ,нак - накопление вещества J в объеме ∆V за время ∆Т (изменение количества вещества J, одновременна содержащегося в объеме ∆V).

30.Конвекционный и диффузионный перенос массы в химическом реакторе.

Конвективный перенос, или перенос импульса, вызван движением потока со скоростью u в результате какого-либо внешнего воздейст­вия. При макроскопическом движении жидкости каждый данный ее участок передвигается как целое с неизменным составом, и в результате осуществляется чисто механическое перемешивание: хотя состав каждого передвигающегося участка жидкости может ос­таваться неизменным (если нет химической реакции), в каждой неподвижной точке пространства (неподвижном элементарном объеме) концентрация жидкости будет со временем меняться. Охарактеризовать конвекционный перенос можно изменением импульса единицы объема жидкости СJ u

Диффузионный перенос вызван наличием неравномерного распределения вещества J в пространстве. Вследствие выравнивания концентрации путем молекулярного переноса веществ реакционной смеси из одного участка жидкости в другой так же происходит изменение состава внутри элементарного объема. Охарактеризовать диффузион­ный перенос можно в соответствии с законами Фика изменением диффузионного потока вещества J, равного DgradСJ (D- коэффици­ент диффузии).

35.Тепловая устойчивость хим. Реакторов в случае экзо- и эндо-термических реакций.

При анализе совместного решения уравнений материального и тепло­вого балансов адиабатическою реактора идеального смешения для экзотермических реакций было отмечено, что возможны случаи, когда система имеет не одно, а несколько решении.

Таким образом, наличие нескольких решений означает возмож­ность множественности стационарных состояний. На практике, конечно, из трех возможных решений будет реализовано одно. Жела­тельно, чтобы работа реактора характеризовалась высо­кой степенью превращения исходного реагента.

Стационарное состояние системы называется устойчивым, если небольшие кратковременные возмущающие воздействия не могут вывести систему за пределы небольшой области, окружающей исследуемый стационарный режим.

Если систему, находящуюся в устойчивом состоянии, отклонить от него, а затем предоставить ее самой себе, то она самопроизвольно вернется в начальное состояние. Отклонение системы, находящейся в не­устойчивом состоянии, вызовет после снятия возмущения ее самопро­извольный переход в другое, устойчивое состояние.

При выборе условий проведения экзотермической реакции обычно стремятся обеспечить единственное устойчивое стационарное состояние с высокой степенью превращения. Для этого можно увеличить или начальную температуру Т0 (что вызовет сдвиг вправо прямой , отвечающей уравнению теплового баланса ), или среднее время пребывания в реакторе (при этом сдвигается влево кривая ,отвечающая уравнению материального баланса). Такие решения иногда невыгодны экономически.