книги / Теория химических реакторов введение в основной курс

втекущем цикле.

4.Qрi 1 Ci 1 ( Hr ) – выделившееся (поглотившееся)

тепло в текущем цикле.

5. TAi 1 Qрi 1

N Cp

акционной массы в цикле.

6. Ti 1 Ti TAi 1 – теоретическая максимальная температу-

врубашке охлаждения в данном цикле.

8.TTOi 1 Ti 1 Txi 1 – теоретическая максимальная разность

температур на стенке аппарата в цикле.

9. QTOi 1 K F TTOi 1 – количество теплоты, переданное через стенку от реакционной массы к теплоносителю.

рубашке охлаждения для (i+2)-го цикла.

12.Qpi 1 Qpi 1 Qтоi 1 – количество теплоты, оставшееся

вреакционной массе после теплообмена в цикле.

реакционной массы с учетом перехода части тепла в рубашку охлаждения.

161

расчетных интервалов (секций), на которые делится длина химического реактора; n – порядок химической реакции.

При вычислении на ЭВМ предварительно определяются некоторые параметры: масса и теплоемкость катализатора в секции, масса и теплоемкость жидкости, заполняющей свободный объем в секции; длительность пребывания реагентов в секции при заданной производительности реактора Vсек (Vsek), а также параметры α и β, соответствующие долям распределения выделяющейся теплоты между жидкой и твердой фазами соответственно:

163

Программа расчета концентрации СА и температуры Т отличаются друг от друга только блоком вывода результатов. Как было указано ранее, любой параметр, участвующий в расчете внутри программы, может быть выведен в качестве результата за счет правильной организации блока вывода.

Очевидно, что наибольшую химическую и тепловую нагрузку претерпевает первая секция реактора. В связи с этим рассмотрим подробнее процессы, протекающие в ней при подаче неограниченного количества сырья.

Преобразуем программу расчета таким образом, чтобы все вычисления касались только этой секции. Для этого в операторе расчета ∆С заменим текущую концентрацию реагента CA на его исходное значение CAb. В расчете принято, что каждая новая порция сырья находится в первой секции ∆τ с, после чего она вытесняется в следующую секцию. Величина m – количество поданных порций сырья в первую секцию реактора (рис. 55). Вычисления показывают, что после 30-й порции расчетная температура в секции достигает астрономической величины. Причиной этого является невозможно большая величина падения концентрации реагента ∆С в первой секции, равная примерно 8000 кмоль/м3 при его фактической начальной концентрации4 кмоль/м.

В связи с этим в программу должны быть внесены ограничения по изменению концентрации. На рис. 56 во внутреннем цикле программы добавлен оператор «if», ограничивающий величину ∆С в первой секции. Результаты расчета представлены на рис. 57.

Равновесная температура в секции около 780 K, достигаемая примерно начиная с 50-й порции сырья, может оказаться неприемлемой с точки зрения технологии процесса. В связи с этим необходимо ввести в систему теплообменник, предназначенный для съема избыточного тепла химической реакции в первой секции. На рис. 57 представлена программа расчета секции со встроенным или наружным теплообменником. Величина F1 (м2) соответствует величине теплообменной поверхности, приходящейся на первую секцию; K – коэффициент теплопередачи (рис. 58).

165

Рис. 55. Программа расчета первой секции реактора

166

Рис. 56. Расчет температуры, изменения концентрации и концентрации после первой секции реактора при введении кинетических ограничений

167

Рис. 57. Программа расчета реактора со встроенным теплообменником

168

Рис. 58. Влияние величины поверхности теплообмена F1 на технологические параметры работы химического реактора:

индекс 1: K = 0,6; F1 = 0,1; индекс 2: K = 0,6; F1 = 0,2

Реактор с регулятором [11]. В реакторе периодического действия протекает экзотермическая реакция конденсации А+В→С. Процесс проводится в аппарате, снабженном перемешивающим устройством и рубашкой охлаждения. Регулирования температуры осуществляется за счет изменения подачи реагента В, при этом компонент А заранее помещается в реактор в необходимом количестве. Расход охлаждающего агента через рубашку охлаждения постоянный. Температура реакционной массы измеряется термометром сопротивления, сигнал от которого передается на регулирующее устройство, управляющееподачейреагентаВ.

Система уравнений материального баланса по каждому веществу: