Адиабатический процесс в реакционном объеме. (Тема 6.3) презентация

смешения
Режим проточный идеального смешения (РИС-н)
Критические тепловые явления в адиабатическом гетерогенном процессе

Тема 6.3

реакционном объеме

Т = Т0
Уравнение материального баланса (для
простой реакции W(C, T) = –r(C, T) и замены
С на х)

РИВ и РИС-п

и замены С на х)


или при τ = 0, х = 0, Т = Т0

РИВ и РИС-п

= 0, х = 0, Т = Т0

РИВ и РИС-п Адиабатический процесс

и РИС-п Адиабатический процесс

зависит от вида кинетического уравнения скорости

РИВ и РИС-п

увеличением конверсии при экзотермической реакции (qp > 0) система будет разогреваться, при эндотермической (qp < 0) — охлаждаться.

РИВ и РИС-п

эндотермическая реакция;
3 – экзотермическая реакция для Тад(3) > Тад(1)
tg α = 1/ΔTад

РИВ и РИС-п

и выше концентра-
ция реагирующего вещества С0,
тем круче наклон и реакционная
смесь будет разогреваться или охлаждаться
сильнее.
Большая теплоемкость реакционной смеси ср делает наклон зависимости Т(х) более пологим и уменьшает изменение температуры.

Профили степени
превращения (а) и
температуры (б) в
адиабатическом
процессе в РИВ
(необратимая реакция)
1 – экзотермический процесс;
2 – эндотермический процесс

РИВ и РИС-п

но процесс будет протекать только до равновесия. Максимальный разогрев в этом случае составит

РИВ и РИС-п

адиабатический процесс окажется более интенсивным в случае экзотермического процесса (Т реакции повышается) и менее интенсивным в случае эндотермического (Т реакции понижается).

РИВ и РИС-п Сопоставление адиабатического и изотермического процесса

достижения в адиабатическом процессе температуры Т, процесс в изотермическом режиме будет протекать более интенсивно, после достижения Т адиабатический процесс станет более интенсивным. В случае эндотермического процесса повышение Т0 приводит к усилению преимущества изотермического процесса.

РИВ и РИС-п Сопоставление адиабатического и изотермического процесса

Т0
Уравнение материального баланса (для простой реакции, замены С на х и введение ΔТад и В), при τ = 0, х = 0, Т = Т0

РИС-н

РИС-н.
Во всех режимах при одинаковой степени превращения величина разогрева совпадает, т.е. в адиабатическом процессе температура на выходе не зависит от гидродинамического режима в реакционном объеме (концентрационного и температурного полей) и определяется лишь глубиной превращения

РИС-н

V0 = const или при разных V0 при Vр = const

РИС-н

режим Т с продолжительностью протекания процесса τ (глубиной превращения х) при определенных свойствах системы ΔТад

РИС-н

высокотемпературный.
Предельные значения Т0 определяются свойствами реагирующей смеси (qp, k, Е и др.), проявляющимися в конфигурации и температурном уровне кривой зависимости Qр(Т) на графике Q–T

РИС-н

процессе при РИВ (1) и РИС-н (2)

условиях (температура и концентрация), а в РИВ эти условия переменны и меняются от начальных до конечных. Поэтому в РИВ средняя концентрация исходных веществ больше, а средняя температура — меньше.

const) в РИС-н достигается более высокая степень превращения х2>х1, что указывает на более высокую интенсивность процесса;
при одинаковой температуре входящего потока Т0
в РИС-н поддерживается более высокая температура Т2, чем в РИВ;
более высокая температура в РИС-н Т2 > Т1, даже при более низкой концентрации реагента (1 – х2)<(1 – х1), обеспечивает более высокую скорость при РИС-н.
при достаточно больших степенях превращения, когда процесс переходит в диффузионную область и влияние концентрации на скорость становится определяющим, процесс в РИС-н становится менее интенсивным.

чем при РИС-н, поэтому адиабатический эндотермический процесс всегда протекает более интенсивно в РИВ.

без внешнего регулирования.
Для практического осуществления весьма существенна устойчивость режима работы, независимость его от различных возмущений.

Критические тепловые явления в адиабатическом гетерогенном процессе

восстанавливается первоначальное стационарное состояние процесса.
Неустойчивое стационарное состояние - если после устранения источника внесенного возмущения самопроизвольно не восстанавливается первоначальное стационарное состояние процесса.

Критические тепловые явления в адиабатическом гетерогенном процессе

в адиабатическом гетерогенном процессе

Стационарный
температурный
режим

Внешнее возмущение
(воздействие)

Изменение
теплового баланса

Отклонение
от стационарного
режима

, то увеличится также тепловыделение Qp и теплоотвод QT, но последний возрастет больше, чем тепловыделение. Если источник возмущения будет устранен, то превалирующий теплоотвод приведет к снижению температуры процесса и режим самопроизвольно вернется в первоначальное состояние с температурой Т1.
Если температура процесса уменьшится до Т"1, то Qp станет больше QT и после устранения источника возмущения восстановится первоначальная температура Т1.
В этом случае стационарное состояние является устойчивым.
Следовательно, условием устойчивости стационарного режима является dQp/dТ < dQT/dТ.

Критические тепловые явления в адиабатическом гетерогенном процессе

сильному возрастанию тепловыделения Qp, нежели теплоотвода QT.
Поэтому температура процесса будет продолжать увеличиваться и после устранения источника возмущения и самопроизвольно первоначальный температурный режим не восстановится.
Понижение температуры до Т"2 приведет к состоянию, когда QpСледовательно, стационарное состояние является неустойчивым и стационарный режим, даже при любых малых изменениях Т0, не будет восстанавливаться самостоятельно.
Показателем неустойчивости стационарного состояния является условие dQp/dТ > dQT/dT.

Критические тепловые явления в адиабатическом гетерогенном процессе

1 и 3), тогда как промежуточный режим (линия 2) является неустойчивым (вариант II) и при малейшем отклонении T0 самопроизвольно не восстанавливается, и процесс неизбежно охлаждается до режима 1 или нагревается до режима 3.
Экспериментально подтверждено, что неустойчивые стационарные состояния практически не реализуются.

Критические тепловые явления в адиабатическом гетерогенном процессе

температуры газового потока T0

Критические тепловые явления в адиабатическом гетерогенном процессе

потока T0
TПН – Температура зажигания; TПВ – температура потухания

Критические тепловые явления в адиабатическом гетерогенном процессе

области существования различных температурных режимов.
Низкотемпературные режимы существуют при T0 < ТПН
Высокотемпературные режимы существуют при T0 > ТПВ.
Если T0 лежит в интервале ТПВ > T0 > ТПН, то система будет находиться в одной из двух областей стационарных режимов в зависимости от предыстории процесса, т.е. от направления достижения T0.
Температурные режимы процесса в интервале ТПВ > TП > ТПН практически не реализуются.

Критические тепловые явления в адиабатическом гетерогенном процессе