Kimyoviy reaktorlani modellashtirish. Gomogen kimyoviy reaktorlarni modellashtirish

1. Reaktorlarning tasniflanishi

Kimyoviy texnologiyada sezilarli farqlarga yega bo`lgan har xil turdagi reaktorlardan foydalaniladi. Shunga qaramay, reaktorlarni ba‟zi xususiyatlarga ko`ra tasniflash mumkin:

1. 
   Reaksiyaga kirishuvchi moddalarning fazaviy holatiga qarab reaktorlar bir jinsli yoki geterogen bo`lishi mumkin.
   
2. 
   Yuklash va tushirish operatsiyalarining harakteriga ko`ra davriy, uzluksiz va yarim davriy reaktorlarga farqlanadi.
   
3. 
   Reaksiya muhitining harakat rejimi bo`yicha yoki modda oqimlarining tuzilishi bo`yicha: * ideal aralashtirish reaktor;
   
   • 
     ideal siqib chiqarish reaktorlari; * bo`ylama aralashtiruvchi reaktorlar;
     
   • 
     bo`ylama va radial aralashtirishli reaktorlar;
     
   • 
     kombinatsiyalangan oqim tuzilishiga ega bo`lgan reaktorlar.
     
4. 
   Issiqlik rejimiga ko`ra reaktorlar izotermik, adiabatik va politropiklarga bo`linadi.
   

Izotermik reaktorlar reaksiya fazosining barcha nuqtalarida bir xil temperaturaga ega. Adiabatik reaktor atrof-muhit bilan issiqlik almashinuviga ega emas. Bunga yaxshi issiqlik izolyatsiyasi bilan erishiladi. Politropik reaktorda atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvi sodir bo`ladi.

5. 
   Konstruksiya belgisi hajmli, trubkali va kombinatsiyali reaktorlarga farqlanadi.
   

Yuqoridagi tasniflash shuni ko`rsatadiki, haqiqiy kimyoviy reaktorlar juda ko`p xususiyatlar bilan tavsiflanadi, shuning uchun kimyoviy reaktorning matematik modelini qurishda eng muhim xususiyatlarni aniqlash va hisobga olish kerak, chunki ayni paytda barcha xususiyatlarni hisobga olish mumkin emas.

2. Ideal aralashtiruvchi reaktorning matematik modeli

Ideal aralashtirish reaktori (2.11-rasm, a va b) oqim harakati (gidrodinamik omil) va kimyoviy o`zgarish (kinetik omil) oqibatida reaksion muhitdagi konsentratsiyalarning vaqt bo`yicha o`zgarishini harakterlaydi. Shuning uchun ideal aralashtiruvchi reaktorning modelini kimyoviy reaksiya tezligini hisobga olgan holda ideal aralashtiruvchi formulaning tipik modeli (2.2) asosida tuzish mumkin.
Kinetik omilni hisobga olingan holda, ideal uzluksiz aralashtirish izotermik reaktorining dinamik modeli quyidagi ko`rinishda bo`ladi:

bunda -moddaning konsentratsiyasi, kmol/m³; -modda
3 s). bo`yicha reaksiya tezligi, kmol/(m

1,a-rasm. Aralashtirgichli reaktor
tenglama reaksiyada ishtirok etayotgan komponentlarning har biri uchun yoziladi. Quyida keltirilgan material balansi tenglamalari sistemasi ideal aralashtirgichli reaktorning matematik modelidir.

1,b-rasm. Ideal almashtirishli reaktor sxemasi
Quyidagi berilgan reaksiya uchun ideal aralashtiruvchi reaktorning matematik modelini yozaylik:

Boshlang„ich shartlar: da
Material balansning tenglamalar sistemasidagi dinamik rejimda ishlaydigan reaktor uchun. Apparat statsionar rejimda ishlaganda:

Bu tenglamalarni yechishdan quyidagi asosiy parametrlarni topish mumkin:

• 
  asbobning xajmini harakterlaydigan, kontakt vaqtini;
  
• 
  o`zgarishlar darajasi va jarayon selektivligini;
  
• 
  kontakt vaqtining vazifasi sifatida reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyalarining o`zgarishi:
  

Ideal almashinish reaktorining material balansi tenglamasi (5.26) ga o`xshash issiqlik balansi tenglamasi yoziladi. Shunday qilib, adiabatik reaktor uchun quyidagi tenglama olinadi:

politrop reaktor uchun esa:

bunda -chi kimyoviy reaksiyaning tezligi; chi kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti; reaksion aralashmaning issiqlik sig„imi; reaktordagi kirishdagi temperatura; temperaturaning joriy qiymati.
chi moddaning issiqlik sig„imi temperaturaning funksiyasi
sifatida quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:

Aralashmaning issiqlik sig„imi additivlik qoidasi bo`yicha hisoblanadi:

bunda aralashmadagi chi moddanipng konsentratsiyasi, massa ulush.
Kimyoviy reaksiya tezligining temperaturaga bog„liqligi Arrenius tenglama bo`yicha ifodalanadi.
Reaksiyaga kirishadigan moddalar konsentratsiyasi va haroratning o`zgarishini vaqt o`tishi bilan va reaktordan chiqishda kuzatib borish uchun har bir komponent uchun issiqlik balansi tenglamasi bilan birgalikda material balansining differensial tenglamalari tizimini ham yechish kerak.