3.3. Математичний опис I алгоритм розв’язування рішення неiзотермiчних реакторів Адiабатичнi реактори

Адіабатичний реактор характеризується тим, що все тепло, яке виділяється (поглинається) внаслідок протікання хімічних реакцій, витрачається на нагрівання (охолодження) реакційної сумiшi при вiдсутностi втрачання тепла в навколишнє середовище. При цьому, для розрахунку адіабатичного реактора рівняння матеріального балансу, повинне доповнюватися вiдповiдним рівнянням теплового балансу, яке записане з урахуванням гiдродинамiчної структури потоків у зоні реакції.

Для реакційної зони, гiдродинамiчний режим якої вiдповiдає РIЗ, рівняння теплового балансу адіабатичного реактора має вигляд:

, (3.19)

де – узагальнена кiлькiсть тепла, яку підводять до реакційної зони за рахунок усіх джерел, Дж/с;

– кiлькiсть тепла, яке виділяється (+) або поглинається (-) за одиницю часу в одиниці об’єму, Дж/().

Якщо джерелом тепла є хімічні реакції, тоді може розраховуватися за рівнянням:

, (3.20)

де – стехiометричний коефіцієнт i-го компонента на j-ї стадії складної хімічної реакцiї;

– швидкість j-ї cтадiї, моль/с;

– ентальпiя i-го компонента на j-ї cтадiї, Дж/моль.

Для стаціонарного режиму РIЗ права частина рiвняння (3.18), яка вiдповiдає за накопичення тепла, дорівнює нулю:

. (3.21)

Для реакцiонної зони, гiдродинамiчний режим якої вiдповiдає РIЗ, рівняння теплового балансу адіабатичного реактора має вигляд:

, (3.22)

де – сумарна кiлькiсть тепла, яку отримали з зони витиснення;

;

– інтенсивність джерел тепла в наслiдок складної хімічної реакції.

Полiтропiчнi реактори

Полiтропiчнi реактори – апарати, в яких підводять чи відводять тепло за допомогою спеціальних теплообмінних пристроїв. Для проведення процесів, які протикають з виділенням чи поглинанням тепла, необхідно організувати ефективний теплообмін реакційної зони з вiдповiдними теплообмінними пристроями. При цьому, для розрахунку полiтропiчного реактора рівняння матеріального балансу повинно бути доповнено рівнянням теплового балансу для реакційного потоку для теплоносія, що записано з урахуванням гiдродинамiки їх руху.

При полiтропiчному режимi РIЗ

_, (3.23)

де – кiлькiсть тепла, яке підводять до реакційної зони в наслiдок процесу теплопередачі, Дж/с;

,

де – коефіцієнт теплопередачi, Вт();

F – поверхня теплообмінну, ;

– температура теплоносiя, К.

Для визначення значення використовується рівняння теплового балансу для теплоносiя з урахуванням гiдродинамiчного режиму його руху.

Якщо рух теплоносiя описується моделлю ідеального змішення, рівняння теплового балансу для теплоносiя має вигляд:

_, (3.24)

де .

Якщо рух теплоносiя описується моделлю ідеального витиснення, рівняння теплового балансу має вигляд:

(3.25)

з граничною умовою .

Поверхневе джерело тепла для зони теплоносія визначається як кiлькiсть тепла, яку отримують одиницею довжини зони витиснення (в пропозиції, що поверхня теплообміну рiвномiрно розподіляється по усій довжині зони):

,

а загальна кiлькiсть тепла, яку отримує зона в процесі теплопередачі, визначається за рівнянням:

. (3.26)