Политермический режим

4.1.2 Политермический режим Политермический режим периодического процесса в РИС и непрерывного процесса в РИВ описываются математической моделью (2.10): , ад , при , 1, Тх С Т , С иТ (4.8) 1, Т 4.1.2.1 Экзотермическая реакция Рассмотрим процесс в реакторе с теплоотводом. Решение системы уравнений (4.8) возможно лишь численными методами с помощью ЭВМ. Зависимость Т – f(t) для экзотермического процесса имеет вид, показанный на рис. 26. k CA0 CB0 Qp ср ρ Исходные данные 10 ·e 1/c То 3 4,5 кмоль/м Тx 3 F 0 кмоль/м 7 2·10 Дж/(кмоль) K 2,2·103 Дж/(кг∙К) B 3 850 кг/м ΔТад 13 (-12000/T) 250 320 ⁰С ⁰С 12 320 м2 Вт/(м2К) 0,00205 1/c ⁰С 48,13 1,0 370 Т, К 350 0,9 0,8 0,7 330 0,6 310 Tx=320, K 0,5 Tбр, K 0,4 290 Tx=327, K 0,3 0,2 270 x 250 1000 2000 3000 Рис. 26 45 0,1 t 0,0 4000 x Температура входящей реакционной смеси Т0 обычно ниже температуры хладагента Тx. Видно сначала реакция (примерно до 300 ⁰C) не протекает, происходит только нагрев потока, температура которого постепенно приближается к Тx. Далее скорость реакции увеличивается, и температура возрастает сильнее за счет теплоты реакции и достигает значений, превышающих Тx. При этом интенсивность процесса будет уменьшаться из-за расходования исходных реагентов, а теплоотвод - возрастать вследствие увеличения его движущей силы - разности температур Т - Тx. Температура достигнет максимального возможного значения, когда тепловыделение и теплоотвод сравняются, и затем она уменьшится до Тx при завершении реакции. Температура внутри реактора при протекании экзотермической реакции может иметь большое значение, и ее контроль весьма важен для управления режимом реактора. Это сечение наиболее опасное и его называют "горячей точкой". Во-первых, её температура Tгт не должна превышать допустимую в данном процессе, а её уменьшение снижает общую температуру и интенсивность процесса в целом. Поэтому желательно Tгт поддерживать вблизи допустимой. Вовторых, положение (расстояние от входа потока в реактор) Tгт изменяется с изменением условий эксплуатации реактора, что затрудняет ее измерение (контроль процесса). В-третьих, изменение условий эксплуатации наиболее сильно сказывается на значении Tгт и даже небольшие изменения условий могут привести к значительному превышению максимально допустимой температуры. Влияние изменения Тx на профиль температур показано на рис. 26. 4.1.2.2 Эндотермическая реакция Зависимость Т – f(t) для эндотермического процесса имеет вид, показанный на рис. 27. Реакционная смесь при протекании эндотермической реакции нагреваться медленнее, чем в отсутствие реакции (рис. 27). k CA0 CB0 Qp ср ρ Исходные данные 1013·e(-12000/T) 1/c То 3 4,5 кмоль/м Тx 3 F 0 кмоль/м 7 -2·10 Дж/(кмоль) K 2,2·103 Дж/(кг∙К) B 3 850 кг/м ΔТад 46 300 320 ⁰С ⁰С 12 320 м2 Вт/(м2К) 0,00205 1/c -48,13 ⁰С Т 1,0 325 0,9 0,8 320 0,7 0,6 315 0,5 310 305 T, K 0,4 Tбр, K 0,3 x 0,2 0,1 300 1000 2000 3000 Рис. 27 47 t 0,0 4000 x