Политропические реакторы идеального смешения рис-н-п с отводом тепла через стенку (а) и отводом тепла с помощью охлаждающих элементов (б)

Адиабатический реактор идеального смешения периодический РИС-П-А представляет собой реактор с мешалкой, стенки которого изолированы. При адиабатическом режиме отвод тепла отсутствует.

Изотермические реакции проводят на практике только в непрерывных реакторах, так как в изотермических реакторах путем подвода или отвода тепла поддерживается постоянная температура в течение всего процесса.

Для поддержания постоянной температуры в реакторе периодического действия отвод тепла должен изменяться во времени, что в промышленных условиях осуществить трудно. В связи с этим изотермические реакторы периодического действия на практике не применяются.

Решить уравнение теплового баланса – значит найти переменные параметры, при которых будет соблюдаться равенство между приходом тепла и его расходом (Q_пр = Q_расх).

Однако в производственных условиях необходимо, чтобы это равенство соблюдалось при возможно более высокой степени превращения и при условии обеспечения устойчивой работы реактора.

Понятие устойчивости: система считается устойчивой, если после наложения какого-либо возмущения она самопроизвольно возвращается в прежнее состояние при снятии этого возмущения.

При неустойчивом состоянии незначительное отклонение какого-либо параметра технологического процесса от его первоначального значения (температуры, концентрации, давления и др.), что в производственных условиях всегда может иметь место,

• приводит к отклонению от стационарного состояния в реакторе;

• это отклонение увеличивается во времени,

• а режим реактора не возвращается в исходное состояние и после снятия возмущения.

Расчеты и опыт показывают, что существуют такие условия, при которых режим работы реактора становится чрезвычайно чувствительным к незначительным изменениям исходных параметров.

Величину, характеризующую изменение какого-либо конечного параметра процесса при изменении начального значения какого-либо параметра, называют параметрической чувствительностью. Этот показатель имеет большое практическое значение и должен учитываться при разработке и оформлении химических процессов.

Качественно влияние параметрической чувствительности можно установить на примере простой экзотермической реакции А > R + Q, проводимой в РИВ. На рисунке показаны зависимости температуры реакционной смеси и степени превращения от длины реактора, эти данные получены при нескольких значениях температуры стенки реактора Тст и при условии, что эта температура поддерживается постоянной по всей длине реактора.

Из анализа рисунка видно, что незначительное снижение температуры стенки Т_ст (ниже 310 °С) приводит к очень

сильному уменьшению температуры реакционной смеси в горячей области реактора, где резко возрастает степень превращения (Х_А). Следовательно, реактор обладает высокой параметрической чувствительностью по отношению к температуре стенки.

Подобная чувствительность может наблюдаться по отношению к другим параметрам (концентрации реагента, объему смеси, коэффициенту теплопередачи и др.).

Температура является одним из самых мощных факторов, влияющих на скорость химических процессов, поэтому на практике устанавливают оптимальный температурный режим каждого химического процесса с учетом

• условий равновесия протекающих реакций,

• кинетических факторов,

• селективности по целевому продукту,

• термостойкости аппаратуры и т.д.

При работе реактора в политропическом и изотермическом режимах имеет место теплообмен с окружающей средой. Регулируя этот теплообмен, можно приблизить температурный режим реактора к оптимальному.