Тепловой баланс реактора.

Тепловой баланс составляется на основании закона сохранения энергии для элементарного объема реактора за элементарный промежуток времени.

В общем виде для нестационарного режима:

1) теплота, вносимая в элементарный объем с исходной реакционной смесью.

2) теплота, выносимая из элементарного объема с продукционной смесью.

3) теплота, вводимая в элементарный объем при протекании в нем химической реакции.

4) теплота, вводимая в элементарный объем за счет использования встроенных теплообменных элементов.

5) теплота, вводимая в элементарный объем за счет протекания различных фазовых превращений.

6) теплота, которая выносится из элементарного объема в окружающую среду и обычно принимается в процентах от входного теплового потока.

7) положительное или отрицательное накопление теплоты в элементарном объеме в случае, если процесс идет в не стационарном режиме. Для стационарного режима равно нулю.

Для упрощения математического аппарата рассмотрим тепловой баланс реактора в стационарных условиях при отсутствии тепловых потерь.

Так будет выглядеть тепловой баланс реактора, если реализован тепловой режим с частичной компенсацией теплового эффекта – политермический режим.

Если же режим изотремический, то тепловой баланс трансформируем в систему уравнений:

В изотермическом температурном режиме вся теплота химической реакции реализуется за счет использования теплообменных элементов.

Если теплообменные элементы отсутствуют, то реализуется адиабатический температурный режим, где вся теплота, выделяемая в элементарном объеме, расходуется на изменение теплосодержания реакционной смеси.

Рассмотрим тепловой баланс РПС в адиабатическом температурном режиме.

Для РПС в качестве элементарного объема мы используем весь объем РПС, поэтому мы можем перейти к интегральным тепловым потокам:

рассчитаем, как:

Для упрощения расчетов можно пренебречь температурной зависимостью теплоемкости:

 

Это допущение обосновано, так как величина теплоемкости меняется незначительно.

Теплота химической реакции (q_х.р) – удельный тепловой эффект химической реакции, определяется как:

Где а – молекулярность по ключевому компоненту.

Для упрощения задач проектирования и моделирования, принимаем:

1)

2)

Так выглядит тепловой баланс РПС, работающий в адиабатическом температурном режиме.

λ (L, Ad) – адиабатический коэффициент. Физический смысл – максимально возможное изменение температуры реакционной смеси при полном превращении ключевого компонента. Для экзотермических реакций - L ˃ 0, для эндотермических - L ˂ 0.