5.3 Задание

Реализуя численный эксперимент с помощью математической мо­дели, определить концентрационный и температурный профиль по длине аппарата. Определить расход теплоносителя, обеспечивающий заданные начальные и конечные температуры теплоносителя. Опреде­лить степень превращения реагента А. Исследовать влияние начальной температуры реакционного потока и расхода теплоносителя на степень превращения исходного реагента. Сделать необходимые выводы.

Исходные данные:

C_R = 10,8 кмоль/м³; C_pa = C_ps = 62 кДж/(кмольК);

C_PR = 53 кДж/(кмоль К); Н = - 448^.10⁴ кДж/(кмоль);

k₀ =1,84 ^. 10⁵; Е = - 44900 Дж/моль; Т_т^к = 293 К;

К_т = 0,320 кВт/(м²·К); F_t = 14,16 м² ; С_РТ = 4,190 кДж/(кг·К);

V_R = 0,283 м³; = - 3600 с ; L = 5,9 м; =10³ кг/кмоль.

Начальную концентрацию реагента А выбрать из таблицы 5.1 согласно номеру варианта.

Таблица 5.1 – Варианты заданий

Номерварианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	1,5	1,6	1,7	1,8	2,0	2,2	2,4	2,6	2,8

Поиск расхода теплоносителя в интервале 0,1< v_T <3,0 осуществ­ляется с помощью итерационной процедуры в моделирующем алгорит­ме.

Исследования по влиянию начальной температуры реакционного потока на степень превращения выполнить при 296 К< Т <306 К. По полученным данным построить графики в координатах С_А, Т = f( ) при одном значении Т⁰ и X_A=f ( v_T,T⁰).

5.4 Контрольные вопросы

1. Принцип составления уравнения теплового баланса адиаба­тического реактора.

2. В каких случаях применяются адиабатические реакторы для проведения химических процессов, в каких политропические?

3. Каким образом конструктивно оформляется политропиче­ский процесс?

4. Какой температурный режим называется оптимальным?

5. Способы осуществления оптимального температурного ре­жима в промышленных реакторах.

Лабораторная работа № 6. Реакторы с неидеальной структурой потока

6.1 Цель работы

6.1.1 Обработка экспериментальных данных с трассером при изу­чении структуры потока в реальном аппарате.

6.1.2 Моделирование реального реактора с помощью неидеальной модели.

6.1.3 Определение параметра модели на основании опытных дан­ных.

6.2 Краткие теоретические сведения

В реальных аппаратах структура потока носит более сложный ха­рактер, чем в аппаратах с идеальной гидродинамической структурой. Причинами отклонения от идеальности являются такие факторы, как наличие застойных зон, внутренних байпасов и рециклов, молекуляр­ной и турбулентной диффузии, неравномерность поля скоростей и дру­гие факторы.

Экспериментальное определение степени отклонения от идеально­го гидродинамического режима, а также определение параметров мо­дели может быть проведено на базе изучения функций распределения времени пребывания (интегральной и дифференциальной). Вид функ­ции раскрывает определенным образом структуру потоков взаимодей­ствующих веществ, их перемешивание в реакторе. Он зависит от типа реактора и определяется в значительной степени его конструкцией. Для расчета реактора недостаточно знания истинного времени реакции, полученного из ее кинетического уравнения. Для нахождения степени превращения требуется определение распределения времени пребыва­ния реагирующих веществ в реакционном объеме и условий их пере­мешивания в нем.

Экспериментально кривые отклика получают путем введения инертного компонента (индикатора или трассера) на входе в реактор по какому-либо способу и регистрации его концентрации на выходе из ре­актора. Время пребывания индикатора в реакторе такое же, как и час­тиц основного потока. Интегральная функция распределения F( ) соот­ветствует кривой отклика на ступенчатый сигнал, дифференциальная Е( ) – на импульсный сигнал.

Связь между средним временем пребывания и дифференциальной функцией распределения имеет вид:

(6.1)

Если экспериментальные данные приводятся в дискретной форме, то для расчетов среднего времени пребывания используют приближен­ную форму уравнения (6.1):

(6.2)

где C_i – экспериментальные значения концентрации индикатора.

Дифференциальная функция распределения может быть рассчита­на также по приближенной формуле:

(6.3)

Средняя концентрация компонента А на выходе из реактора не­прерывного действия с учетом функции распределения имеет вид:

(6.4)

где С_А – текущая концентрация компонента А, определяемая из кинети­ческого уравнения реакции;

С_А⁰ – начальная концентрация.

Тогда выход по продукту S определится уравнением:

(6.5)