Основные конструктивные типы промышленных реакторов

Основные конструктивные типы промышленных реакторов.

Многолетний опыт и научные изыскания позволили к настоящему времени разработать несколько основных конструктивных типов химических реакторов. Эти базовые конструкции также лежат в основе устройства более сложных реакторов.

Принципиальная общность конструктивных решений в реакторах каждого класса определяется их назначением, т.е. в первую очередь фазовым состоянием реакционной системы и температурным режимом ХП. В каждом классе существует много конкретных вариантов конструктивного исполнения аппарата.

Таблица 2- Основные конструктивные типы реакторов, применяемых в производствах ТОС

Конструктивный

тип реактора

Область и условия применения

Фазовое

состояние

систем

Температура

и давление

(конструктивные)

Тип процесса

1. Реактгоры-котлы. (Ёмкостные с перемешивающими устройствами).

В отраслях ТОС

≈ 95% всего парка реакторов

Ж

Ж-Ж

Г-Ж

Ж-Т

Г-Ж-Т

T =[ (-80)…400]^OC

P=[(-0,001)…40] МПа

Разнообразные каталитические и нека-талитические процессы в конденсированных средах с интенсивным перемешиванием и теплообменом при различных температурах и режимах движения реакционной среды в периодических и непрерывных процессах.

2. Ёмкостные барботажные А. без с перемешивающх устройств

Г:Ж

T =[ (-20)…300]^OC

P=[(-0,01)…1] МПа

Ряд процессов сульфирования, галогенирования, дедиазонирования с азеотропной отгонкой воды из продуктов

3. Трубчатые.

«труба-в-трубе»

В т.ч. пульсационные

Г, Ж

Ж-Ж

Г-Ж

Ж-Т

Г-Ж-Т

T =[(-100)…1000] ^OC

P=[(-0,001)…50] Мпа

Разнообразные каталитические и нека-талитические непрерывные процессы с интенсивным перемешиванием и теплообменом при различных температурах.

4. Кожухотрубчатые

Г, Ж

Ж-Ж

Г-Ж

Ж-Т

Г-Ж-Т

T =[(-100)…1000] ^OC

P=[(-0,001)…10] Мпа

Разнообразные каталитические и некаталити-ческие непрерывные процессы с интенсивным перемешиванием и теплообменом при различных температурах.

5. Колонны (насадочные и тарельчатые)

Г-Ж

T =[(-20)…500] ^OC

P=[(-0,001)…50] МПа

Процессы в условиях кипения реакционной среды или с интенсивным барботажем газа

6. Полочные

Г

Г-Т

Г-Ж

T =[(-50)…200] ^OC

P=[(-0,001)…1] Мпа

Обжиг твёрдых продуктов. Каталитические процессы в условиях неподвижного, движущегося и псевдоожиженного слоя катализатора. Абсорбционно-химические процессы

7. Многозонные контактные аппараты со встроенными теплообменными

устройствами

Г-Т

Г-Ж-Т

T =[(-100)…1300] ^OC

P=[(-0,001)…10] Мпа

Каталитические процессы в услових не-подвижного, движущегося и псевдоожи-женного слоя катализатора с организацией интенсивного теплообмена

8. Ванные

Ж

T =[(-10)…100] ^OC

P:= атмосферное

Процессы электрохимического синтеза

9. Камерные

Г, Г-Т

Г-Ж

T =[500…2500] ^OC

P=[0,1…1] Мпа

Печи обжига. Коксовые печи. Камеры сгорания тепловых двигателей и энергоустановок

Выбор типа реактора производится с учётом всей полноты действующих факторов.

3.3. Макрокинетика ХП и динамика химических реакторов.

3.3.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ ДЛЯ РЕАКТОРОВ.

Главная задача, решаемая технологом при использовании реакторов: определение типа, конструктивных и технических параметров аппарата; оптимизация условий ведения процесса и работы (эксплуатации) аппарата; принятие необходимых мер по обеспечению безопасности и устойчивости работы реактора. Успешное решение её невозможно без правильного по существу и полного по содержанию понимания сути и механизма протекающих в реакторе процессов и явлений.

Здесь необходимо сделать ряд ссылок на ранее изучавшиеся курсы. Классическая теория ПАХТ изучает все процессы, кроме химических. С другой стороны химия - неорганическая, органическая, в меньшей степени физическая - изучают именно химические процессы, мало занимаясь явлениями переноса. В реальных же процессах (осуществляемых в реакторах) одновременно протекают и химические реакции и явления переноса. Химические превращения изменяют состав среды, что изменяет все её физические свойства - плотность, теплоёмкость, вязкость, теплопроводность, диффузию, упругость; с другой стороны (что яснее видно из курса ПАХТ) теплопередача и диффузия в огромной степени влияют на температуру и концентрации всех реагентов в реакторе - т.е., на протекание химических реакций.

Поэтому строгие расчёты, выполняемые технологами - как при проектировании (проверке правильности выбора реактора), так и при оптимизации технологических режимов работы уже функционирующих в реальных процессах реакторов, - должны учитывать все характерные для реакторов явления. Задача эта решается путем исследования макрокинетики ХП и динамики реакторов.

Def. Макрокинетика: кинетика реальных сложных химических процессов с учётом явлений переноса массы, количества вещества, теплоты, импульса, поглощения и испускания излучений.

Def. Динамика: реальные изменения состояния реактора и хода ХП, обусловленные внутренним механизмом процесса, условиями его проведения и влиянием различных возмущений, возникающих в ходе работы.

В основе описания макрокинетики и динамики ХП лежат дифференциальные уравнения движения вещества, импульса, энергии (и иных свойств материи) в физико-химическом процессе с учётом конвективного и турбулентного переноса вещества - уравнения Умова (Умова-Пойнтинга). Это уравнение, в отличие от уравнений Навье-Стокса, Рейнольдса, Фурье-Кирхгофа и Фика, учитывает то, что химические превращения, а также межфазный перенос, загрузки в реактор реагентов и отвод продуктов из реактора приводят к образованию и исчезновению веществ внутри реактора - такие эффекты в теоретической физике называют источниками и стоками субстанций. Под «субстанцией» понимают как вещество, так и присущие ему свойства (наиболее общее свойство - химический потенциал).

Общая форма этого уравнения

= Σ I_OS - Σ I_CS - div (J + S w) (1)

S - субстанция (свойство);

I_OS - мощность источников субстанции;

I_CS - мощность стоков субстанции;

J - конвективный поток;

w - линейная скорость.

Для прояснения физико-химической сущности явлений достаточно рассмотреть задачу в одномерном представлении. Рассмотрим элемент объёма реактора dV. Движение среды будем считать одномерным. Изменением удельного объёма среды пренебрежём.

_________

| W_r | W_r - векторная сумма скоростей химических реакций, кмоль/с;

| I_OI_C |w_l w_l - линейная скорость потока, м/с;

|_________ | (ρλην) С - концентрация в сечении l, кмоль/м³

| | C+dC - концентрация в сечении l+dl, кмоль/м³

l l+dl ρ - плотность среды, кг/м³

C C+dC λ - теплопроводность среды, Вт/м К

ή - обобщённый динамический коэффициент вязкости среды, Па.с

ΰ- обобщённый кинематический коэффициент вязкости среды, м²/с

С_Р - теплоёмкость среды, Дж/кг.К;

ά= λ/ ρС_Р - - температуропроводность среды, м²/с

I_O - мощность физических источников вещества, кмоль/с;

I_C- мощность физических стоков вещества, кмоль/с;

Рисунок 2. Схема элемента реакционного объёма.

В отсутствие внешних полей динамика процесса в элементе объёма реактора dV выражается системой уравнений Умова - Пойнтинга для переноса массы, количества вещества, тепла и импульса - т.н., характеристической системой уравнений

Перенос массы (материальный баланс) - выражается уравнением сплошности

(2)

Перенос количества вещества - макрокинетика

= Σ I_OS - Σ I_CS W_r (1 - С ) - w_l + D (3)

I II III IV V

где D - коэффициент перемешивания, м²/с.

Перенос тепла

ρС_Р= Σ I_OSН_0S - Σ I_CSН_СS- Σ W_R ΔН_R + W_r ρС_Р Т - w_l ρС_Р + λ (4)

VI VII VIII IX X XI XII

Перенос импульса (течение среды)

ρ = ρ w_l (W_RΔV - ) - + ή (5)

XIII XIV XV XVI XVII

Где Σ I_OS - интенсивность физических источников вещества, кмоль/м³с;

Σ I_CS- интенсивность физических стоков вещества, кмоль/м³с;

Н_0S, Н_СS - энтальпии вносимых и уносимых веществ, Дж/кмоль;

ΔН_R - тепловой эффект реакции, Дж/кмоль;

ΔV - изменение молярного объёма в результате реакции, м³/кмоль;

D - коэффициент перемешивания (турбулентно-молекулярной диффузии), м²/с;.

ή - динамический коэффициент турбулентно-молекулярной вязкости, Па.с.

Знак «» зависит от того, рассматривается ли концентрация реагента или продукта реакции.

Для полной характеристики задачи требуется также формулирование начальных и граничных условий. В целом это требует проведения большого объёма экспериментальных работ и вычислений. Сложность уравнений Умова приводит к тому, что в подавляющем большинстве случаев для практических целей прибегают к их упрощению на основе теории подобия. Т.е., упрощают задачу путём осреднения ряда параметров. Это позволяет перейти от уравнений математической физики к обыкновенным дифференциальным уравнениям, и в ряде случаев получить аналитические выражения, хорошо приближающиеся к эксперименту.

В качестве примера рассмотрим уравнение переноса количества вещества (5).

Преобразование формулы (5) в соответствии с теорией подобия даёт выражение (членом III обычно пренебрегают)

С/τ = Σ I_OS - Σ I_CS W_r - w_l С/L + D С/ L², (8)

Iа IIа IIIа IVа

где L - определяющий линейный размер, м.

Из этого выражения получают основные критерии подобия.

Делением членов (III) : (IV) - критерий Боденштайна (иногда называют критерием Пекле для реакторов) - выражающий соотношение конвективного и турбулентного переноса вещества.

Во = , (9)

Делением членов (II): (III) - первый критерий Дамкелера - выражающий соотношение скорости реакции и конвективного переноса вещества.

Da_I =, (10)

где = L/ w_l - среднее время пребывания потока в реакторе, с.

Делением членов (II): (IV) - второй критерий Дамкелера

Da_II = , (11)

Da_II выражает соотношение скорости реакции и интенсивности турбулентного переноса вещества.

Аналогично из уравнения (6) выводят третий и четвёртый критерии Дамкелера.

Делением членов (II): (III) - третий критерий Дамкелера, выражающий соотношение тепловой мощности реакции и конвективного переноса тепла.

Da_III= , (12)

где = L/ w_l - среднее время пребывания потока в реакторе, с.

Делением членов (II): (IV) - четвёртый критерий Дамкелера, выражающий соотношение тепловой мощности реакции и турбулентного переноса тепла.

Da_IV= , (13)

На основании вышеприведённых соотношений выводят т.н. характеристическое уравнение реактора, а точнее -характеристическую систему уравнений, выражающих связь между степенью превращения, скоростью и временем протекания ХП. Характеристическое уравнение - основа технологического расчёта реакторного процесса.

Def. Характеристическое уравнение - уравнение, связывающее скорость процесса, концентрации (и степени превращения) реагентов и необходимое время.

Применение преобразований подобия (9)-(13) обычно позволяет заменить систему уравнений математической физики (5)-(8) системой обыкновенных дифференциальных, критериальных и алгебраических уравнений вида.

С/= F_C(W_R; Da_I; Da_II; Da_III ; Da_IV; Re; Bo; I_C; I_S ) (14)

ρС_Р= F_T(W_R; Da_I; Da_II; Da_III ; Da_IV; Re; Bo; I_C; I_S Gr; Ki; Bi… ) (15)

Eu = F_P (W_R; Da_I; Da_II; Da_III ; Da_IV; Re; Bo; I_C; I_S ; Fr; Gr; Ki; Bi…) (16)

Где Eu, Re, Fr, Gr; Ki; Bi, - соответственно критерии (числа) Эйлера, Рейнольдса, Фруда,

Грасгофа, Кирпичёва, Био и т.д.

Как правило, на практике идут по пути дальнейших упрощений уравнений (14) -(16), основанных на следствиях, вытекающих из существования определённых областей качественно своеобразных условий протекания, выражаемых «граничными» значений критериев Во, Da_II; Da_IV. Эти упрощения позволили вывести основные группы моделей движения среды, определяющих тип макрокинетики процессов в реакторах.

К таковым базовым моделям относятся следующие: идеального/полного смешения (РИС); идеального/полного вытеснения (РИВ);. диффузионная (ДРВ) и ячеечная (КРИС-Н).

Сложные модели реальных аппаратов строят на основе комбинации вышеприведённых базовых моделей. Характеристика этих моделей и область их применения к реальным аппаратам приведены в таблице

МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ В РЕАКТОРАХ ОСНОВНЫХ ТИПОВ

1. РЕАКТОРЫ С МЕШАЛКАМИ (АППАРАТЫ-КОТЛЫ)

Основная модель для описания процессов в аппаратах этого типа - модель идеального/полного смешения (РИС). В основе её лежит допущение, что интенсивное перемешивание практически обеспечивает выравнивание концентраций и температуры по всему объёму реактора. Математически это отражается следующим образом.

(17а)

(17б)

(17в)

(17г)

Bo<<1 (17д)

Da_II<<1 (17е)

Da_IV<<1 (17ж)

В большинстве случаев в средах невысокой вязкости относительная неоднородность концентраций действительно не превышает (1…2) %, а перепады температуры не превышают (1…2) градуса (и приходятся на пограничный слой). Для этих условий модель РИС вполне корректна. Модель применяют и к периодическим и к непрерывным процессам.

1.1 Реакторы периодического действия - РИС-П.

Эта модель применяется к периодическим процессам, при осуществлении которых все реагенты загружают за время, пренебрежимо малое по сравнению с общей продолжительностью реакционного цикла, т.е., практически единовременно. До окончания процесса продукты реакции из реактора не отводят. Поэтому все изменения концентраций и температуры обусловлены только происходящими в реакторе процессами.

Рисунок . Схема РИС-П

Математическое описание процесса.

Реакция a_IA_I = b_IB_I

Масса веществ неизменна

М = М₀ = Const (18а)

Скорость реакции (макрокинетика процесса)

=  W_R + W_R -  C (18б)

Температура (дифференциальный тепловой баланс определяется тепловыми эффектами химических и массообменных процессов; организованным теплообменом; мощностью, диссипируемой мешалкой и теплообменом с окружающей средой).

MC_р*+ M_AC_A = - ΔН_R | W_R | - ΔН_m | W_m | - КF Δ - К_ПF_П(Т-) + N_Ж (18в)

Где С - концентрации веществ, моль/м³;

=изменение плотности, вызываемое изменением состава среды, кг/кмоль;

M = V - масса реакционной среды, кг;

M_A - масса корпуса реактора, кг;

 - плотность среды, кг/м³;

Т- температура в среде, К;

ΔН_m - тепловой эффект химических процессов, Дж/моль;

W_m - скорость химических процессов, моль/с;

ΔН_m - тепловой эффект массообменных процессов, Дж/моль;

W_m - скорость массообменных процессов, моль/с;

Т_А - средняя температура корпуса реактора, К;

 - коэффициент объёмного расширения, К^-1;

C_р*- удельная теплоёмкость среды, Дж/(кг.К);

C_A - удельная теплоёмкость материала корпуса реактора, Дж/(кг.К);

К- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К );

F - поверхность теплопередачи, м²;

Δ = средняя разность температур, отсчитываемая от температуры среды, К; (18г)

К_П - коэффициент тепловых потерь, Вт/(м²К );

F_П - поверхность тепловых потерь, м²;

T₁, t₂, t_CP - начальная, конечная и средняя температура теплоносителя, К;

 - температура окружающей среды.

Гидродинамика (течение среды определяется перемешиванием)

N_Ж = К_N n³ d - мощность, диссипируемая (рассеиваемая мешалкой) в среде, Вт; (19а)

К_N = F(Re; Fr; Г) - критерий мощности (критерий Эйлера для мешалок). (19б)

Интегрированием системы уравнений (18а)- (18г) получают зависимость концентраций и температур от времени; результаты представляют графически или в виде таблиц.

Рисунок Графическая зависимость

концентраций и температуры

Особую роль играют изотермические РИС-П, для которых

=0 (20а)

Постоянство температуры обеспечивается за счёт её регулирования

КF Δ = - ΔН_R | W_R | - К_ПF_П(Т-) + N_Ж (20б)

Постоянство температуры исключает влияние объёмного расширения на концентрации веществ. Вследствие этого для И-РИС-П характеристическая система упрощается.

=  W_R (1+) (20а)

Довольно часто влиянием состава среды на плотность - особенно в случае реакций в разбавленных растворах - можно пренебречь, т.е

<<1 (20б)

Тогда характеристическое уравнение упрощается

  W_R (20в)

Уравнение (20в) имеет общее интегральное решение

 =  С₀ (21)

где Х -степень превращения.

Возможность практически обеспечить выполнение условий (19)-(21) [например, в разбавленных растворах] делает И-РИС-П чрезвычайно важными для кинетических исследований. По существу, это основной тип т.н. кинетических ячеек. Уравнения (20в) и (21) используют для вычисления кинетических параметров реакций.

Достоинство РИС-П в том, что этот тип режима характеризуется максимальной средней концентрацией реактантов в среде, т.е., максимальной движущей силой процесса. Поэтому время, необходимое для достижения заданной степени превращения при прочих равных условиях для РИС-П минимально из всех типов реакторов периодического действия.

Нужно отметить однако, что обеспечить возможность вести процессы в режиме РИС-П достаточно сложно. Как правило, тепловые эффекты химических и массообменных процессов приводят к тому, что при высоких концентрациях реактантов - и высоких скоростях процессов - очень трудно удержать температуру в реакторе в безопасных пределах; также трудно бывает предотвратить массовую лавинную кристаллизацию, выбросы реакционной массы и другие негативные явления. Кроме того, для сложных процессов с последовательно-параллельными реакциями максимальная концентрация не всегда позволяет достичь высокой селективности процесса и максимального выхода целевого продукта - что гораздо важнее высокой скорости процесса. Поэтому процессы РИС-П сравнительно редки в практике химической технологии БАВ.

Для поддержания безопасных и рациональных режимов ведения процессов, как правило, приходится ограничивать концентрации реактантов. Для этого необходимо загружать реагенты постепенно - в течение времени, сопоставимого с временем протекания процесса.

Кроме того, довольно часто из реактора необходимо отводить продукты, могущие вызвать побочные реакции, или сдвинуть равновесие в нежелательную сторону, или снизить температуру и тем самым замедлить процесс. Как правило, это делают отгонкой, экстракцией или кристаллизацией.

Реализация этих технологических приёмов формирует два основных режима ведения периодических процессов: - - реакторы полупериодического действия - РИС-ПП;

- реакторы полупериодически-непрерывного действия - РИС-ППН.

1.2 Реакторы полупериодического действия - РИС-ПП.

Эта модель применяется к периодическим процессам, при осуществлении которых часть реагентов изначально находится в реакторе, а другие загружают в течение времени, сопоставимого с временем протекания процесса. По окончании загрузки проводят выдержку, необходимую для достижения требуемого выхода целевого продукта. До окончания процесса продукты реакции из реактора не отводят. Поэтому все изменения концентраций и температуры обусловлены только происходящими в реакторе процессами.

Технологический цикл т.о. распадается на две фазы: дозирование и выдержка.

Рисунок . Схема РИС-ПП

Рассмотрим осуществляемую в РИС-ПП необратимую реакцию

A+ В  D + E (III)

Будем считать, что раствор реагента В находится в реакторе, а раствор реагента А из мерника равномерно - т.е. с постоянным расходом - дозируют (сливают ) в реактор. Будем также считать, что изначально продукты реакции D и Е в среде отсутствуют

Математическое описание процесса в фазе дозирования.

Масса веществ

Унос отсутствует:= G_s =0

= G_A=_АV_A (22а)

Объёмный и массовый расходы постоянны

G_A=Const (22б)

V_A =Const (22в)

Отсюда

М = М_О + G_A= М_О + V_A (22г)

Скорость реакции (макрокинетика процесса)

Концентрация А возрастает за счёт дозирования и убывает вследствие протекания реакции и увеличения объёма

реакционной среды

= - W_R (1- ) -  C_А (23а)

Концентрация В только убывает вследствие протекания реакции и увеличения объёма реакционной среды

= - - W_R (1- ) -  C_В (23б)

где  - т.н. коэффициент контракции, отражающий отклонение объёма раствора от аддитивности.

Температура (дифференциальный тепловой баланс определяется тепловыми эффектами химических и массо-обменных процессов; энтальпией загружаемых продуктов; организованным теплообменом; мощностью диссипируе-

мой мешалкой и теплообменом с окружающей средой).

MC_р*+ M_AC_A = G_AH - (V₀+V_A ) {ΔН_R | W_R | - ΔН_m | W_m | }-КF Δ - К_ПF_П(Т-) + N_Ж (23в)

Где H=  m_XIH_IN - удельная энтальпия раствора реагента А, Дж/кг;

H_IN- удельная энтальпия компонента I в растворе реагента А, Дж/кг;

m_XI - массовая доля компонента I в растворе реагента А;

Гидродинамика (течение среды определяется перемешиванием)

N_Ж = К_N n³ d - мощность, диссипируемая (рассеиваемая мешалкой) в среде, Вт; (23г)

В фазе выдержки РИС-ПП идентичен РИС-П; процесс также описывется системой уравнений (18а)- (18г). Очевидно, что характеристическая система уравнений (23а)- (23г) весьма сложна; аналитические решения возможны только для реакций первого порядка и изотермических режимов.

Численное интегрирование системы уравнений (23а)- (23г) для фазы дозирования и системы уравнений (18а)- (18г) для фазы выдержки при задании различных условий ведения процесса (начальной температуры - Т₀; расхода реагента А - G_A; температуры теплоносителя - t₀; температуры окружающей среды - ) получают зависимость концентраций и температур от времени; результаты представляют графически или в виде таблиц.

Рисунок Графическая зависимость концентраций и температуры для РИС-ПП

1.3 Реакторы полупериодически-непрерывного действия - РИС-ППН.

Эта модель применяется к любым периодическим процессам, при осуществлении которых часть реагентов изначально находится в реакторе, а другие загружают в течение времени, сопоставимого с временем протекания процесса. По окончании загрузки проводят выдержку, необходимую для достижения требуемого выхода целевого продукта. При этом как в фазе дозирования, так и в фазе выдержки часть продуктов реакции или избыток растворителя отводят из реактора.

Это наиболее сложный из всех режимов периодических процессов. Изменения концентраций и температуры обусловлены всей совокупностью происходящих в реакторе процессов. Для РИС-ППН не всегда даже возможно однозначно разделить цикл на фазы дозирования и выдержки.

Рисунок . Схема РИС-ППН

Рассмотрим осуществляемую в РИС-ППН необратимую реакцию

A+ В  D + E (III)

Будем считать, что раствор реагента В находится в реакторе, а раствор реагента А из мерника равномерно - т.е. с постоянным расходом - дозируют (сливают ) в реактор. Будем также считать, что изначально продукты реакции D и Е в среде отсутствуют

Математическое описание процесса

Масса веществ

G_s =0

= G_I - G_s = _IV_I - _SV_S (24а)

где М - масса веществ в аппарате, кг;

G_I - суммарный массовый расход загружаемых веществ, кг/с;

G_s- суммарный массовый расход отводимых веществ, кг/с;

Объёмные и массовые расходы постоянны

{G_I; G_s }=Const (24б)

{V_I; V_s }=Const (24в)

Отсюда

М = М_О + (G_I- G_s)= М_О + ( _IV_I - _SV_S) (24г)

Объём среды в аппарате

V= M/ (24д)

Скорость реакции (макрокинетика процесса)

Концентрация А возрастает за счёт дозирования и убывает вследствие протекания реакции, возможного уноса с отводимыми компонентами и увеличения объёма реакционной среды

= - W_R (1- ) -  C_А (24е)

Концентрация В только убывает вследствие протекания реакции, возможного уноса с отводимыми компонентами и увеличения объёма реакционной среды

= - - W_R (1- ) -  C_В (24ж)

где  - т.н. коэффициент контракции, отражающий отклонение объёма раствора от аддитивности.

Температура (дифференциальный тепловой баланс определяется тепловыми эффектами химических и массо-обменных процессов; энтальпией загружаемых и отводимых продуктов; организованным теплообменом; мощностью диссипируемой мешалкой и теплообменом с окружающей средой).

MC_р*+ M_AC_A = G_AH- G_SH*_S- V{ΔН_R | W_R | - ΔН_m | W_m | }- КF Δ- К_ПF_П(Т-) +N_Ж (24з)

Где H_S*=  m_XIH_IN - удельная энтальпия отводимого продукта S, Дж/кг;

Гидродинамика (течение среды определяется перемешиванием)

N_Ж = К_N n³ d - мощность, диссипируемая (рассеиваемая мешалкой) в среде, Вт; (24и)

Численным интегрированием системы уравнений (24а)- (24и) при задании различных условий ведения процесса (начальной температуры - Т₀; расхода реагента А - G_A; температуры теплоносителя - t₀; температуры окружающей среды - ) получают зависимость концентраций и температур от времени; результаты представляют графически или в виде таблиц.

На основании полученных результатов делают вывод о соответствии типов и технических характеристик реакторов задачам проекта и производят выбор рациональных условий ведения процесса.

Критерии выбора.

1. Параметры процесса: температура, давление, расходы сред - должны находиться в пределах норм безопасности.

2. Достигаемый выход целевого продукта должен высоким, а количество побочных продуктов, отходов и потерь - минимальным.

3. Расход энергоносителей и их параметры должны быть минимально достаточными для гарантии управления процессом.

4. Скорости изменения температуры и давления не должны превышать пределов быстродействия современных средств КИПСА (dT/d < 2 K/c; dP/d<1 Бар/с).

5. Трудоёмкость процесса должна быть минимальной.