Reaktorlarning issiqlik rejimi: Izotermik ravishda ishlovchi reaktorlar Reja

Reaktorlarning issiqlik rejimi: Izotermik ravishda ishlovchi reaktorlar Reja


Reaktorlarning issiqlik rejimi: Izotermik ravishda ishlovchi reaktorlar
Reja:

1. Reaktorlarning issiqlik rejimi

2. Izotermik ravishda ishlovchi reaktorlar

3. Reaktoming issiqlik balansi.

4. Xulosa.

5. Foydalanilgan adabiyotlar.


Reaktorlarning issiqlik rejimi
Kimyoviy reaktorlar ierarxik yondashuv doirasida pastki qatlamlarda joylashgan quyi tizimlarni dastlabki modellarini qurish asosida o‘tkazish maqsadga muvofiq bo‘lib, pog‘onama pog‘ona yuqoriroq darajalarga o‘tish imkoni bo‘ladi.

Dastlab izotermik rejimda ishlovchi reaktorlarni ko‘rib chiqamiz. Bunday reaktorlar ning ichki hajmida yurituvchi kuch mavjud bo‘lmaydi (∆T = 0), shuning uchun matematik modelni tuzishda issiqlik balansini kiritmasa ham bo‘ladi. Bu holatda matematik model moddiy balans tenglamasi asosida tuziladi, bunda kimyoviy reaksiya, massa almashinuv va impuls o‘tishi hisobga olinadi.

Matematik modelni yanada soddalashtirish uchun mustaqil reaktorlar oqimlarining ideal strukturali— ideal aralashtiruvchi va ideal siqib chiqaruvchi guruhlariga ajratish mumkin.

Termodinamik hisoblarga (DG0< 0) qaramasdan reaksiya bormasa, demak uni sekinlashturuvchi qandaydir omillar bor. Bunday hollarda ushbu omilni yengish, yani reaktsiya tezligini oshirish zarur. Jarayon termodinamikasi va kinetikasiga reagentlar temperaturasi, bosimi va konstentrastiyasi kabi omillar ta’sir etadi. Faqat reaktsiya tezligiga ta’sir etuvchi omil, bu katalizatorlar bo`lib, lekin ular muvozanat konstantasi qiymatini o`zgartirmaydi. Kimyoviy muvozanatning temperaturaga miqdoriy bog`liqligini Vant-Goffning izobar tenglamasidan topish mumkin:

bu erda N - entalpiya o`zgarishi yoki o`zgarmas bosimdagi reaktsiyaning issiqlik effekti.

Ushbu tenglamani kichik temperaturalar oralig`ida integrallasak, ushbu ko`rinishga erishamiz:

Xuddi shunday qilib, Vant-Goffning izoxor tenglamasini keltirib chiqarish mumkin:


bu yerda DU-sistema ichki energiyasining o`zgarishi yoki o`zgarmas hajmdagi reaktsiyaning issiqlik effekti.
Temperatura o`sishi bilan tortishi yoki kamayishi mumkin, lekin jarayon tezligi ko`pchilik hollarda ortadi.

Bosim o`sishi bilan konsentratsiya ortadi. Shuning uchun, ko`pincha reaktsiya tezligi ortadi. Agar, jarayon hajm o`sishi bilan kechayotgan bo`lsa, unda umumiy natija qanday bo`lishi noma’lum. Bunday hollarda qandaydir bir optimal qiymatni qabul qilish kerak.

Muvozanat o`zgarishini hisoblash uchun muvozanat konstantasi va boshlang`ich moddalar mol soni ma’lum bo`lishi kerak. So`ng, muvozanatdagi har bir modda miqdorini mol miqdori orqali ifodalab olamiz. Masalan,

Reaktsiya uchun 2500K da Kr=0,0455. Agar, boshlang`ich aralashmada 21% kislorod va 79% azot bo`lsa, muvozanat aralashmadagi NO konstentrastiyasi (mol%) aniqlansin.

Stexiometrik tenglamaga binoan muvozanat aralashma tarkibidagi azot konstentrastiyasini (79-x), kislorod konstentrastiyasini-(21-x) vaNO konstentrastiyasini 2x ga teng deb qabul qilamiz. Muvozanat aralashma tarkibini massalar ta’sir qonuniga binoan quyidagicha ifodalash mumkin:

Ushbu tenglamani x ga nisbatan echsak, uning qiymatini topamiz. Muvozanat aralashmada NO ning miqdori 2x ga teng, yani 1,8%
Bir xil sharoitda o‘tkazilgan bir xil reaksiyaning ideal aralashtiruvchi reaktorda reaksiyaninig o‘tkazilish vaqti, ideal siqib chiqaruvchi reaktorlarga nisbotan ko‘proq. Buni reagentlarninig konsentratsiyasining ko‘rsatilgan reaktorlar hajmida taqsimlanishi bilan tushuntirish mumkin. Agar, ideal aralashtiruvchi oqar reaktorning barcha nuqtalarida konsentratsiyalar teng bo‘lsa, ideal siqib chiqaruvchi reaktorlarning yonma yon ikki nuqtasida buning aksi bo‘lishi mumkin.

Uzluksiz jarayonlarda ideal aralashuv va ideal siqib chiqarishni solishtirish

S(t)ning ideal si­qib chiqarish (ISCH) va ideal aralashish (IA) okar reaktor- laridagi boglanishi.

Oqar reaktorlarni ideal ara­lashuv va ideal siqib chiqarish rejimlarida taqqoslaymiz. S(x) va x(x) bog’lanishlarni sifat xarakteri xamda jarayon parametrlarining ularga ta’­siri mos keladi. Kursatilgan jarayonlarni mikdoriy takkoslaymiz.

Bularning insentivligi buyicha taqqoslaymiz: qaysi rejimda o’zga sharoitlar tengligida aylanish darajasi bir xilligiga reaktor hajmi kamligida erishiladi (V₀, S₀, T). bir xil masshtabda S(t) boglanish IA-u va ISCH rejimlarida birinchi tartibli reaksiya uchun tezlik konstantasi k= 1 buladi.

Grafiklardan bir xil aylanish darajasiga erishish uchun bir xil so’nggi konsentratsiya S, ISCH ideal siqib chiqarish rejimidagi t IA kattalikdan kichikligi ko’rinadi, ya’ni t_ischid. Tegishlicha reaktorlar hajmlari xam shunday nisbatda olinadi, ya’ni ISCH rejimida jarayon IA rejimidagidan intensivroq buladi. Boshqa reaksiyalarda ham mazkur natijalarni tasdiqlash uchun jarayonlarning matematik modellarini grafik usulda yechamiz. Bularni tegishli quyidagi ko’rinishda ifodalaymiz.

Reaksiya tezligining teskari ko’rinishi 1/g konsentratsiya S buyicha egik egri chizigi bilan berilgan. g(S) ko’pincha konsentratsiya S bilan monotonda o’sib boruvchi funksiyaligi bois, kamayuvchi funksiya hisoblanadi. Egri chizik maydoni integrallangan funksiya g(S) S_s va S₀ oraligida bu funksiyaning integraliga teng bo’ladi.

IA rejimidagi shartli vakt tIA reaksiya tezligi kattaligi tes­kari qiymatining so’nggi konsentratsiya g1 (Ss) va konsentratsiyalar farqi S0- S_s larning ko’paytmasiga tengdir

. Reaksiya tezligi teskari kattaligining konsentratsiya S ga boglikligi va ideal aralashish (til) va ideal sikib chikarish (tisch) reaktorlardagi shartli vaktini aniklash. Punktir chizigi - kaytar reaksiya - 1/g (S) uchun tomonlari S0 - Sk va g G(SK) bulgan to’g’ri to’rtburchak maydoni bulib, bu 2.54-rasmda ko’rsatilgan.

Kamayuvchi barcha boglanishlar uchun g1 (S) doimo t_ischid dir. ISCH va IA larni son jixatdan solishtirishni birinchi tartibli reaksiya o’tganida quyida keltirilgan ma’lumotlardan foydalanib amalga oshirish mumkin (kx ning qiymati keltirilgan bulib, jarayon modelida bu parametrni doimo ajratish mumkin buladi):

x 0,05 0,1 0,2 0,5 0,8 0,9 0,95 0,99

k (t_isch ) 0,051 0,105 0,22 0,69 1,61 2,3 3,0 4,6

k (IA) 0,053 0,111 0,25 1,00 4,00 9,0 19 99

Keltirilgan ma’lumotlardan x<0,1 bulganda ideal aralashish va siqib chiqarish rejimidagi jarayonlar intensivligi bir xilligi ko’rinadi (farq 5% dan kam). x kattalashuvida bilan farq tez o’sadi. x=0,9 bo’lganda ISCH rejimi IA ga qaraganda 4 baravar yuqoridir va x=0,99 ga etganda 20 baravardan ortiqdir. Tegishlicha reaktorlar hajmlari ham farqlanadi. Reaktorlarni nafaqat intensivlik bo’yicha, balki jarayon selektivligi bo’yicha xam solishtiradilar.

Xulosa
Bir xil sharoitda o‘tkazilgan bir xil reaksiyaning ideal aralashtiruvchi reaktorda reaksiyaning o‘tkazilish vaqti, ideal siqib chiqaruvchi reaktorlarga nisbotan ko‘proq. Buni reagentlarninig konsentratsiyasining ko‘rsatilgan reaktorlar hajmida taqsimlanishi bilan tushuntirish mumkin. Agar, ideal aralashtiruvchi oqar reaktorning barcha nuqtalarida konsentratsiyalar teng bo‘lsa, ideal siqib chiqaruvchi reaktorlarning yonma yon ikki nuqtasida buning aksi bo‘lishi mumkin. Izotermik rejimda ishlavchi reaktorlarning ichki hajmida yurituvchi kuch mavjud bo‘lmaydi (∆T = 0), shuning uchun matematik modelni tuzishda issiqlik balansini kiritmasa ham bo‘ladi. Bu holatda matematik model moddiy balans tenglamasi asosida tuziladi, bunda kimyoviy reaksiya, massa almashinuv va impuls o‘tishi hisobga olinadi.
http://fayllar.org