Реакторы с частичной компенсацией теплового эффекта.

Если анализировать работу изотермических и адиабатических реакторов, то можно констатировать следующее: при проведении экзотермических реакций, изотермический режим позволяет достичь большей глубины превращения, а адиабатический режим болей скорости процесса, но меньшую глубину превращения.

 

Для эндотермической реакции адиабатический режим обеспечивает меньшую глубину превращения и меньшую скорость.

 

Изотермический режим обеспечивает большую глубину превращения и большую скорость, но более затратен, чем адиабатический. Поэтому, на практике достаточно часто применяют режим с частичной компенсацией теплового эффекта, который позволяет совместить в себе достоинства изотермического и адиабатического режима.

Тепловой баланс для модели полного смешения при проведении экзотермической реакции будут выглядеть следующим образом:

РПС экзотермическая:

- коэффициент теплопередачи.

Физический смысл - сумма сопротивлений, которую необходимо преодолеть тепловому потоку, т.е. эта величина определяется материалом теплообменных элементов, а так же степенью загрязненности теплообменных элементов. Зависит от линейной скорости потоков производительности. Эта зависимость имеет максимум, т.е. при расчете теплообменных элементов необходимо учитывать этот факт.

– площадь поверхности теплообменника – второй сомножитель.

Средняя ДС теплообменника определяется как абсолютными значениями температуры теплоносителей, так и взаимными расположениями потоков теплоносителя (прямоток, противоток, перекрестный).

 

Степень превращения при реализации режима с частичной компенсацией теплового эффекта будет определяться реализуемой выходной температурой, температурой реакционной смеси на входе в реактор, начальной концентрацией ключевого компонента, линейной скоростью подачи реагентов, а так же характеристиками теплообменника и температурами теплоносителей.

Химико-технологическая диаграмма режима с частичной компенсацией теплового эффекта будет выглядеть следующим образом:

т.е. средняя температура при реализации режима будет выше, чем при изотермическом режиме, что позволяет обеспечивать большую среднюю скорость процесса, чем в изотермическом режиме. Но поскольку средняя температура с режимом теплообмена меньше, чем в адиабатическом режиме, мы можем обеспечить большую степень превращения.

Жесткие условия равновесия – Кр уменьшается интервале от Т_вх до Т_вых

Эндотермическая реакция:

 

 

По технологическим показаниям изотермический режим лучше. По экономическим показателям выгоднее.

Сравнить изотермический и адиабатический РПС при проведении необратимой экзотермической реакции.

Анализ работы единичного реактора показывает, что независимо от выбранного температурного режима при проведении обратимой реакции невозможно гарантировать полного превращения ключевого компонента, при этом наблюдается тенденция существенного увеличения объема реактора при приближении реагирующей системы к состоянию равновесия. Получается достаточно парадоксальный факт, что при проведении обратной реакции, экономически нецелесообразно добиваться полного превращения ключевого компонента. В то же самое время очевидно, что объем реактора будет минимален в том случае, если обеспечить максимально возможную скорость реакции. Для обратимой экзотермической реакции установлено, что по мере протекания реакции величина Т_опт должна уменьшаться.

ЛОТ – линия оптимальных температур.