16.4.4. Матеріальний баланс реакторного процесу

по речовині А,що витрачається.

Рівняння динаміки:

(4)

I - зміна кількості речовини А в реакторі в одиницю часу;

II - кількість речовини А, що надходить у реактор в одиницю часу;

III - кількість речовини А, що відводить із реактора в одиницю часу;

IV - кількість речовини А, що витрачається в реакторі на хімічну реакцію в одиницю часу, де V=S*h.

Рівняння статики при :

(5)

• На основі (4) і (5):

(6)

16.4.5. Тепловий баланс реакторного процесу.

Рівняння динаміки:

(7)

• I - зміна кількості тепла в реакторі в одиницю часу;

• II - кількість тепла, що надходить у реактор з вихідним реагентом в одиницю часу;

• III - кількість тепла, що відводить із реактора з реакційною масою в одиницю часу;

• IV - кількість тепла, що виділяється в реакторі в результаті хімічної реакції в одиницю часу;

• V - кількість тепла, що відводить із реактора із хладоагентом в одиницю часу.

Рівняння статики при :

(8)

• На підставі (7) і (8):

(9)

16.5. Інформаційна схема реактора на основі балансової моделі.

• Можливі керовані змінні: .

• Можливі керуючі впливи: .

• Можливі контрольовані обурювання: .

• Можливі неконтрольовані обурювання: .

Лекція 17. Автоматизація реакторних процесів (ч.2)

17.1. Діаграма реакторного процесу в адіабатичному режимі.

17.2. Залежність статичної характеристики від концентрації С₀ вихідного реагенту.

17.3. Визначення стаціонарних станів по діаграмі «виділення – відвода тепла».

17.4. Залежність характеристики виділення тепла від часу перебування реакційної маси в реакторі.

17.5.Оцінка стійкості стаціонарних станів по діаграмі «виділення - відводу тепла».

17.1. Діаграма

реакторного процесу в адіабатичному режимі.

Вплив зміни температури ₀ на температуру реакторного процесу .

• При зміні вхідної температури ₀ у межах від ₀₂ до ₀₄ робота реактора здійснюється по петлі гістерезису D-A-B-C-D.

• Ділянка статичної характеристики З - шляхом зміни вхідної температури не реалізується.

Можливі стаціонарні стани реактора.

• При ₀₁ - один стійкий стан в ()1, але температура в реакторі низька й реакція йде слабко.

• При ₀₂ - два стаціонарних стани в ()D й ()С:

• ()D - стійкий стан, але при низькій температурі;

• ()З - нестійкий стан з поверненням в ()D при зменшенні початкової температури.

• При ₀₃-три стаціонарні стани в ()2, ()3, ()4:

• ()2 - стійкий стан, але з низькою швидкістю реакції;

• ()4 - стійкий стан, майже повне перетворення реагентів, але реакція йде з високою температурою - поза робочим діапазоном;

• ()3 - зміною початкової температури не реалізується.

• При ₀₄ - два стаціонарних стани в ()А и ()В:

• ()А - нестійкий стан, із проскакуванням в ()У при збільшенні початкової температури; 147

• ()В - стійкий стан, майже повне перетворення реагентів, але реакція йде з високою температурою - поза робочим діапазоном.

• При ₀₅ - один стійкий стан в ()5, але температура в реакторі поза робочим діапазоном.

17.2. Залежність статичної характеристики

від концентрації С₀ вихідного реагенту.

• При більших значеннях С₀ (С₀₁ ) - статична характеристика неоднозначна навіть при низьких температурах.

• Одиничність стаціонарного стану можлива тільки при високих значеннях ₀ .

• Область негативних значень ₀ практичного змісту не має, тому показано пунктиром.

• Зменшення вхідних концентрацій (С₀₂ і С₀₃) викликає зсув неоднозначності статичної характеристики в область більше високих температур.

17.3. Визначення стаціонарних станів

по діаграмі «виділення – відвода тепла».

• 1, 2, 3 - криві відводу тепла Q при зміні температури в реакторі  c різними значеннями коефіцієнта теплопередачі : ₁ = ₃ й ₂ < _1,3.

• 4 - крива виділення тепла .

• Система 1-4:

• один стаціонарний стан в ()А;

• дуже низька температура в реакторі ₁ ;

• низька швидкість реакції.

• Система 3-4:

• один стаціонарний стан в ()Е;

• практично повне перетворення реагенту;

• дуже висока температура ₅ , що може бути поза робочою зоною реактора.

• Система 2-4:

• три стаціонарних стани в ()В, З, D;

• ()В - дуже низька температура в реакторі ₂; низька швидкість реакції; стаціонарний стан стійкий;

• ()D - практично повне перетворення реагенту; але дуже висока температура ₄ , що може бути поза робочою зоною реактора; стаціонарний стан стійкий;

• ()С - температура в робочій зоні реактора ₃; але стаціонарний стан - нестійкий.

17.4. Залежність характеристики виділення тепла

від часу перебування реакційної маси в реакторі.

• 1, 2, 3 - характеристики виділення тепла при Т_ср1 > Т_ср2 > Т_ср3 .

• 4 - характеристика відводу тепла.

• Середній час перебування визначається по співвідношенню: , де V_рм й Q_рм - об'єм й об'ємна витрата реакційної маси.

• При збільшенні часу перебування характеристика виділення тепла зміщається вліво.

• Система 1-4:

• один стійкий стаціонарний стан в ()Е;

• практично повне перетворення реагенту;

• але дуже висока температура, що може бути поза робочою зоною реактора;

• Система 3-4.

• один стійкий стаціонарний стан в ()А;

• дуже низька температура в реакторі;

• низька швидкість реакції.

• Система 2-4.

• три стаціонарних стани в ()В , D і С;

• ()В - дуже низька температура в реакторі; низька швидкість реакції, стаціонарний стан стійкий;

• ()D - практично повне перетворення реагенту; але дуже висока температура, що може бути поза робочою зоною реактора; стаціонарний стан стійкий;

• ()С - температура в робочій зоні реактора; але стаціонарний стан - нестійкий.

17.5.Оцінка стійкості стаціонарних станів

по діаграмі «виділення - відводу тепла».

Q_р = f() - характеристика виділення тепла реакції;

Q_т = f() - характеристика відводу тепла.

Стійкість реактора в стаціонарному стані В:

• при ;

• при ;

• стаціонарний стан в (()В - стійке.

Стійкість реактора в стаціонарному стані D:

• при ;

• при ;

стаціонарний стан в (()D - стійке

Стійкість реактора в стаціонарному стані C:

• при перехід в()D;

• при перехід в ()В;

стаціонарний стан в ()С - нестійкий.

Лекція 18.Автоматизація реакторних процесів (ч.3).

18.1. Схема для реакції типу А(ж) + В (г) D (г-ц.пр)+С (ж).

18.2. Схема для реакції типу А(ж) + В (г) D (г)+С (ж-ц.пр).

18.3. Схема автоматизації для реакції типу

А(ж) + В{Всв(ж) + Врец(ж)}  С(ж- ц.пр)+В(ж).

18.4.Система регулювання концентрації із двох одноконтурних АСР.

18.5. Каскадна АСР концентрації з допоміжним контуром стабілізації співвідношення витрат вихідних реагентів.

18.6. Каскадна АСР концентрації з допоміжним контуром стабілізації температури вихідного реагенту.

18.7. Каскадна АСР концентрації з допоміжним контуром стабілізації температури хладоагенту.

18.8. Одноконтурна АСР температури в реакторі по подачі вихідного реагенту.

18.9.Каскадна АСР температури в реакторі з допоміжним контуром стабілізації температури вихідного реагенту.

18.10. Каскадна АСР температури в реакторі з допоміжним контуром стабілізації температури хладоагенту.

18.11. Каскадна АСР температури в реакторі з допоміжним контуром стабілізації тиску хладоагенту.

18.1. Схема для реакції типу А(ж) + В (г) D (г-ц.пр)+С (ж).

18.2. Схема для реакції типу А(ж) + В (г) D (г)+С (ж-ц.пр).

18.3. Схема автоматизації для реакції типу

А(ж) + В{Всв(ж) + Врец(ж)}  С(ж- ц.пр)+В(ж).

1- реактор; 2 - сепаратор; 3 - збірник; 4, 5 - насоси;

А, В - вихідні реагенти; З - цільовий продукт; В_рц - поворотний (рецикловый) потік реагенту В; В_св - свіжий потік реагенту В.

18.4.Система регулювання концентрації

із двох одноконтурних АСР.