Сравнение реакторов.

Т_вх,Р, ZN_i, VNS - const

Адиабатический температурный режим: в РПС отсутствует зона множественности стационарных состояний.

Для сравнения реакторов сопоставим:

 

Средняя величина – потому что из-за допущений, которые приняли при составлении моделей. Понятие средняя величина особенно актуальна для МИВ, так как тут все параметры плавно изменяются от начального до конечного значения. Для МПС введено понятие средней величины несколько формально, так как значения всех параметров постоянны как в объеме, так и на выходе из реактора.

Средняя константа скорости в РПС будет больше, чем в РИВ. Связано это с тем, что согласно допущениям, положенным в основу моделей, средняя температура в РПС будет численно равна конечной. В РИВ будет плавно возрастать от начального до конечного значения.

Средняя движущая сила РИВ больше, чем средняя движущая сила РПС, потому, что на величину ДС влияет как изменение температуры, так и изменение концентрации.

Таким образом, получаем, что вдали от равновесия предпочтительнее РИВ.

Если необходимо обеспечить высокую скорость процесса, то используют РПС и проводят процесс вдали от равновесия. Если же необходимо обеспечивать высокую степень превращения, то используют РИВ.

В РПС наблюдается множественность стационарных состояний (существует некий диапазон объема реактора, при котором одному и тому же объему соответствуют 2 или 3 степени превращения).

 

Зоны множественности стационарных состояний появляются в том случае, если совместное решение уравнений материального и теплового баланса имеют 2 или 3 решения в интервале от 0 до ХЕА.

q - удельный тепловой эффект химической реакции

q_- - удельный теплоотвод из реакционной зоны (показывает на сколько больше теплоты вынесено из реактора с продукционной смесью, чем внесено в реактор с исходными реагентами)

q₊ - удельное тепловыделение в результате химической реакции.

В точке пересечения графиков соблюдается равенство удельного тепловыделения в результате химической реакции и удельного теплоотвода из реакционной зоны.

Для анализа режимов работы реактора в реализуемых точках стационарного состояния, необходимо рассмотреть вопрос температурной устойчивости реактора.

Стационарное состояние системы называется устойчивым, если незначительное кратковременное внешнее воздействие не приводит к другому стационарному состоянию.

Стационарное состояние неустойчиво, если незначительное кратковременное воздействие приводит к переходу в другое стационарное состояние.

Т₁:Если произошло незначительное кратковременное повышение температуры в реакторе, то наблюдается превышение теплоотвода над тепловыделением. Реагирующая система начинает сама себя охлаждать.

Если произошло незначительное кратковременное понижение температуры, то наблюдается превышение тепловыделения над теплоотводом. Реагирующая система начинает сама себя разогревать, то есть Т₁ – точка устойчивого стационарного состояния.

Т₂: Если произошло незначительное кратковременное повышение температуры в реакторе, то наблюдается превышение тепловыделения над теплоотводом. Реагирующая система начинает сама себя разогревать. Происходит неконтролируемое повышение температуры, что чревато спеканием катализатора, пожаром, взрывом.

Если произошло незначительное кратковременное понижение температуры, то наблюдается превышение теплоотвода над тепловыделением. Реагирующая система начинает сама себя охлаждать, происходит неконтролируемое понижение температуры. Реактор глохнет.

Т₃ – точка устойчивого стационарного состояния и это та точка, в которой мы должны работать при входной температуре. Возникает вопрос как туда попасть?

1) Экстенсивный метод – подаем в реактор смесь с большей температурой, а затем начинаем переводить реактор в рабочую точку Т₃.Недостаток – усложнение конструкции реактора.

2) Изменение угла наклона адиабаты за счет подачи в реактор малоконцентрированной смеси.

В процессе запуска повышается ZNA, угол наклона начинает уменьшаться и кривая идет вниз.

В каком случае РИВ будет выгоднее всегда при проведении обратимых экзотермических реакций в адиабатическом температурном режиме? ­Твх, Р­ Þ U­рив