Политропические реакторы идеального смешения РИС-Н-П

с отводом тепла через стенку (а) и отводом тепла

с помощью охлаждающих элементов (б)

Адиабатический реактор идеального смешения периодический РИС-П-Апредставляет собой реактор с мешалкой, стенки которого изолированы. При адиабатическом режиме отвод тепла отсутствует.

Изотермические реакции проводят на практике только в непрерывных реакторах, так как в изотермических реакторах путем подвода или отвода тепла поддерживается постоянная температура в течение всего процесса.

 

Для поддержания постоянной температуры в реакторе периодического действия отвод тепла должен изменяться во времени, что в промышленных условиях осуществить трудно. В связи с этим изотермические реакторы периодического действия на практике не применяются.

 

Решить уравнение теплового баланса – значит найти переменные параметры, при которых будет соблюдаться равенство между приходом тепла и его расходом (Q_пр = Q_расх).

 

Однако в производственных условиях необходимо, чтобы это равенство соблюдалось при возможно более высокой степени превращения и при условии обеспечения устойчивой работы реактора.

 

Понятие устойчивости: система считается устойчивой, если после наложения какого-либо возмущения она самопроизвольно возвращается в прежнее состояние при снятии этого возмущения.

 

При неустойчивом состоянии незначительное отклонение какого-либо параметра технологического процесса от его первоначального значения (температуры, концентрации, давления и др.), что в производственных условиях всегда может иметь место,

· приводит к отклонению от стационарного состояния в реакторе;

· это отклонение увеличивается во времени,

· а режим реактора не возвращается в исходное состояние и после снятия возмущения.

 

Расчеты и опыт показывают, что существуют такие условия, при которыхрежим работы реактора становится чрезвычайно чувствительным к незначительным изменениям исходных параметров.

 

Величину, характеризующую изменение какого-либо конечного параметра процесса при изменении начального значения какого-либо параметра, называют параметрической чувствительностью. Этот показатель имеет большое практическое значение и должен учитываться при разработке и оформлении химических процессов.

Качественно влияние параметрической чувствительности можно установить на примере простой экзотермической реакции А > R + Q, проводимой в РИВ. На рисунке показаны зависимости температуры реакционной смеси и степени превращения от длины реактора, эти данные получены при нескольких значениях температуры стенки реактора Тст и при условии, что эта температура поддерживается постоянной по всей длине реактора.

 

 

Из анализа рисунка видно, что незначительное снижение температуры стенки Т_ст (ниже 310 °С) приводит к очень

сильному уменьшению температуры реакционной смеси в горячей области реактора, где резко возрастает степень превращения (Х_А). Следовательно, реактор обладает высокой параметрической чувствительностью по отношению к температуре стенки.

 

Подобная чувствительность может наблюдаться по отношению к другим параметрам (концентрации реагента, объему смеси, коэффициенту теплопередачи и др.).

 

Температура является одним из самых мощных факторов, влияющих на скорость химических процессов, поэтому на практике устанавливают оптимальный температурный режим каждого химического процессас учетом

условий равновесия протекающих реакций,

кинетических факторов,

селективности по целевому продукту,

термостойкости аппаратуры и т.д.

 

При работе реактора в политропическом и изотермическом режимах имеет место теплообмен с окружающей средой. Регулируя этот теплообмен, можно приблизить температурный режим реактора к оптимальному.