Главная > Разное > Газожидкостные реакторы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5. Основные закономерности теплообмена в газожидкостных реакторах

Энергетический баланс реактора периодического действия.

Энергетические балансы Химических реакторов различных конструкций, работающих при различных условиях, достаточно подробно освещены в специальных монографиях [44, 52]. Поэтому здесь, используя основные положения указанных монографий, мы остановимся только на вопросах, специфических для систем газ—жидкость.

Характерной особенностью работы реактора периодического действия является цикличность. Общую продолжительность цикла условно можно представить в виде

где продолжительность реакции, обеспечивающая заданную степень превращения; -вспомогательное время, включающее время заполнения и опорожнения аппарата, а также его разогрева и охлаждения.

Условность такой записи заключается в том, что, во-первых, разогрев и охлаждение реакционной массы можно осуществлять в других аппаратах и это сокращает во-вторых, химическое превращение веществ может протекать одновременно с их нагревом или охлаждением.

Рис. 12. Схема энергетических потоков в барботажном реакторе

Принимая во внимание второе допущение и учитывая, что барботажные реакторы работают при постоянном давлении, общий энергетический баланс аппарата периодического действия (рис. 12) следует записать в виде

Здесь масса элемента разогреваемой системы (реактора или жидкости); объем жидкости, загруженной в реактор; теплоемкость материала элемента; удельная теплота

реакции; -скорость химического превращения в момент разность энтальпий газа на выходе и входе в реактор; расход конденсата, возвращаемого в реактор из обратного холодильника; энтальпия конденсата; энергия, вносимая в реактор внешним источником (барботирующим газом или перемешивающим устройством); потери теплоты в окружающую среду; теплота, отводимая или подводимая к системе в момент через теплообменные поверхности. Знак перед вторым слагаемым учитывается при эндотермических реакциях, а знак при экзотермических.

Энтальпия газа, выходящего из реактора,

где теплоемкость газа при постоянном давлении и температуре массовое содержание паров жидкости в отходящем газе; удельная теплота испарения жидкости при температуре

Массовое содержание жидкости в газе, считая его насыщенным, можно принять равным

молекулярные массы жидкости и газа; упругость насыщенных паров жидкости при температуре общее давление в аппарате.

Входящий в уравнение (11.25) параметр в зависимости от конструкции аппарата рассчитывается различно. Для аппарата группы

где сопротивление аппарата по газовой фазе.

Методика расчета для барботажных реакторов различных типов приведена в пп. 8, 12 и 16. Для аппаратов группы в качестве следует принимать мощность, затрачиваемую на перемешивание жидкости.

Тепловой расчет барботажного реактора периодического действия сводится к нахождению необходимой поверхности теплообменных элементов, обеспечивающей передачу максимального количества теплоты в определенный момент времени

Уравнение (11.25) не дает строгого решения относительно так как от изменяющейся во времени температуры системы зависят параметры, определяемые по уравнениям (11.26) и (11.27), величина а также скорость превращения. Поэтому при инженерных расчетах величины обычно исходят из двух условий.

Если тепловой эффект реакции большой, то величину рассчитывают по периоду реакции, исключив из уравнения (11.25) первое слагаемое и приняв температуру системы (в допустимых пределах ее колебаний) постоянной. Скорость химического превращения

при этом определяют графически по концентрационной кривой (как отношение в период наибольшей скорости изменения концентрации с (рис. 13).

Если тепловой эффект реакции невелик, лимитирующей стадией цикла может оказаться продолжительность нагрева или охлаждения. В этом случае для расчета можно упростить уравнение (11.25), исключив из него второе слагаемое, а также те, которые в энергетическом балансе не играют существенной роли в периоды нагрева или охлаждения.

Рис. 13. К выбору максимальной скорости превращения

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление