ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Политропические реакторы из "Методы кибернетики в химии и химической технологии 1968" Применительно же к химическим реакторам, в которых проходят экзотермические реакции, различные возмущения (изменение количеств поступающих компонентов, ухудшение теплоотвода, флюктуации состава исходной смеси и т. д.), могут так вывести процесс из стационарного состояния, что он не вернется к исходному режиму. Поэтому возникает необходимость оценки устойчивости стационарных режимов работы реактора. Рассмотрим этот вопрос на примере политропических реакторов. [c.224] Соотношение (IV, 65) может быть наглядно истолковано при помощи 5-образной диаграммы. На рис. 1У-15 представлен температурный профиль реактора идеального смешения, характеризующийся, как обычно, 5-образной кривой с быстрым подъемом температуры при, малой степени превращения и резким замедлением подъема при больших значениях х, т. е. в начальный момент — быстрым выделением тепла и затуханием, когда достигнута большая степень превращения. [c.226] Количество тепла, отводимое в адиабатических условиях, целиком определяется разностью теплот в потоке на входе в реактор и выходе из него. [c.227] Это можно изобразить в виде прямой, пересекающей абсциссу в точке То (температура на входе). Для политропических условий линия теплоотвода проходит при температуре более низкой, отвечающей температуре охлаждающего агента. [c.227] Из рис. IV-15 следует, что может быть несколько точек пересечения линий теплоприхода и теплоотвода, или состояний, в которых расход тёпла равен приходу, т. е. несколько стационарных состояний. Вообще же положение точек пересечения зависит от выбора рабочих условий процесса (входной температуры, степени превращения, времени пребывания) и кинетики процесса (см. рис. 1У-4 и 1У-5). [c.227] Выше точек пересечения, если линия теплоотвода проходит над линией теплоприхода, существует устойчивое состояние работы реактора. Если же линия теплоотвода проходит ниже линий теплоприхода, имеется неустойчивое состояние работы реактора. [c.227] Из уравнений (IV, 68) и (IV, 69) следует, что теплоотвод и входная температура в реакторе зависят от времени пребывания т или скорости питания. [c.227] Отношение энергий активаций Ь является мерой изменения селективности с температурой. При этом под селективностью понимается отношение сд/(сд+св). Чем больше Ь отличается от единицы, тем больше селективность изменяется с температурой при Ь 1 селективность увеличивается с уменьшением температуры при Ь 1 селективность возрастает с увеличением температуры. [c.229] Введем теперь безразмерные отношения. Пусть /С= 1/ д — константа скорости первой реакции /Сб = 2/ л — константа скорости второй реакции Т = Тк1Тц — температура в реакторе =кцУг1Ус — время пребывания. [c.229] На рис. 1У-16 и 1У-17 (параллельные реакции), а также на рис. 1У-18 (последовательные реакции) представлен обший вид зависимости О и Сд/(сл- -С8) от безразмерной температуры реактора Т и безразмерного времени пребывания 0 Как следует из указанных рисунков, с увеличением времени пребывания температурный уровень, при котором проходит реакция, уменьшается и селективность возрастает. Если Ь 1, то для достижения высокой селективности температурный уровень необходимо увеличить, а время пребывания уменьшить. Для высоких степеней превращения возникают два экстремума один при низкой селективности (Р 1000, см. рис. 1У-16 и 1У-17), дающий одну 5-образную кривую, и другой — при высокой селективности (С ЮОО, см. рис. IV, 18), дающий двойную 5-образную кривую. [c.230] Рассмотрим теперь устойчивые состояния работы политропиче-ского реактора идеального смешения. [c.230] Высокая степень превращения и низкая селективность. При высокой скорости превращения и низкой селективности общая форма кривой аналогична виду кривой для одной реакции, так как селективность настолько низка, что температуры протекания двух реакций практически одинаковы. [c.230] На рис. IV-19 приведен график устойчивости для параллельных реакций, где входная температура То и желаемая рабочая точка В. В этой точке имеется предпочтительное количество продукта / . Для данных условий адиабатический режим в точке В и выше ее невозможен, поскольку прямая, связываюшая точки То и В, дает устойчивое стационарное состояние только в точках То и но в С преимущественно получается продукт 5. [c.231] Таким образом, точка В характеризует неустойчивое стационарное состояние. Поэтому для достижения устойчивого стационарного состояния необходимо охлаждение (более крутой ход пря--мой теплоотвода), что изображено точкой С, и линия ВС представляет собой граничный случай, когда достигается устойчивое состояние. Однако такое решение имеет недостаток температура охлаждающего агента должна быть выше температуры исходной смеси и теплоотвод становится зависимым от нагрузки реактора, т. е. времени пребывания 0. При изменении времени пребывания 0 (нагрузка) и температуры на входе концентрация реагента в питании или температура охлаждающего агента при сохранении выхода продукта должны изменяться более резко. [c.231] Желательным режимом работы реактора являются условия, определяемые точкой 3. Если концентрацию реагента в питании постепенно увеличивать, наклон линии а становится меньшим, точка 3 движется вправо и точка 4 — влево. Когда линия а совпадает с а, точки 3 и 4 сольются в точку 4, в которой понижение и повышение температуры приводит к тому, что теплоприход всегда выше теплоотвода. Возмущения по температуре при ее подъеме вызовут в конечном счете возникновение устойчивого состояния только в точке 5. Если концентрацию реагента уменьшить до значений, соответствующих линии а , то при достижении точки 2 произойдет полное затухание. [c.232] Пусть по оси абсцисс отложена температура реакционной массы в реакторе Т, а по оси ординат — количество тепла на единицу объема реакционной массы в 1 ч тогда для реактора идеального вытеснения получим график, изображенный на рис. 1У-23. [c.233] Наклон кривой теплоприхода вначале увеличивается вследствие экспоненциального влияния температуры на скорость реакции. По достижении адиабатической температуры скорость реакции приближается к нулю. Линии теплоотвода при постоянной температуре рубашки и Постоянном коэффициенте теплопередачи имеют наклон, равный КуР, и пересекают оси абсцисс при температуре охлаждающего агента Гх. [c.233] На рис. 1У-23 показано два случая теплопередачи. Прямая / пересекает кривую теплоприхода в точке А при максимальной скорости реакции. Точка А характеризует устойчивость режима работы реактора, так как небольшое повышение температуры реакционной массы приводит к более быстрому теплоотводу, чем к теплоприходу. Небольшое снижение температуры также вызывает самокоррекцию. Прямая 2 пересекает линию теплоприхода в точках В, С и О. В точках В п О реактор устойчив, а в точке С — неустойчив. [c.233] Реактор в точках А, В и О устойчив потому, что для них тангенс угла наклона линии теплоотвода больше тангенса угла наклона линии теплоприхода, т, е. [c.233] Основным вопросом при тепловом расчете реактора является выбор температуры охлаждающего агента. При выборе слишком низкой температуры реакция просто не пойдет, поэтому необходим более детальный анализ с учетом тепловой устойчивости. Этот анализ проведем на следующем примере. [c.234] Вернуться к основной статье