Оптимизация температурного режима в реакторе идеального вытеснения Отчет по лабораторной работе. Работа. Работа Оптимизация температурного режима в реакторе идеального вытеснения Постановка задачи
![]()
|
Работа № 1. Оптимизация температурного режима в реакторе идеального вытеснения Постановка задачи: Температура в зоне реакции регулируется теплообменом с поверхностью теплопередачи, температуру которой ТП можно считать постоянной по длине аппарата, а также температурой Т0 жидкости, входящей в аппарат. В этой работе температуры задаются в градусах Цельсия. Таким образом, в нашем распоряжении есть два фактора, влияющих на процесс: Т0 и ТП. Остальные параметры процесса (параметры уравнения Аррениуса для обеих стадий, продолжительность реакции, равная 10 с, удельная поверхность теплообмена fT, теплоемкость cТ и коэффициент теплоотдачи α) заданы для каждого варианта и введены в программу расчета. Цель работы: Необходимо найти такое сочетание температуры на входе и температуры поверхности, при котором степень превращения реагента (равная для этой реакции выходу продукта) окажется максимальной. При этом должно соблюдаться ограничение: ни в одной точке аппарата температура не должна превышать 110°С (383К). При этой температуре происходит вскипание растворителя, нарушающее безопасность и нормальный ход процесса. Ход работы: Для определения положения оптимума необходимо исследовать зависимость отклика системы (выхода продукта A2) от входных параметров (Т0 и ТП). 1. На основе полученных знаний мною была выведена зависимость входных параметров (Всего можно задать 10 режимов) , таким образом чтобы выход продукта был максимально возможный. ![]() 2. далее на основе входных параметров была выведена таблица зависимости температуры реакции от времени на основе температур каждого режима ![]() 3.После получения результатов были выведены 2 графика на основе пунктов 1 и 2 ![]() ![]() Обсуждение результатов: Для достижения максимального выхода продукта реакции необходимо, чтобы скорость образования целевого продукта была наибольшей. Скорость протекания реакции имеет вид: ![]() В начальный момент времени продукт ещё не образовался, то есть его концентрация равна нулю. Следовательно, скорость протекания реакции в начальный момент времени имеет вид: ![]() В этом уравнении от температуры зависит только константа скорости реакции. Чем выше константа, тем больше начальная скорость реакции. Константа скорости увеличивается с ростом температуры по уравнению Аррениуса, запишем это уравнение для обеих рассматриваемых констант (с учетом обратной реакции): ![]() ![]() Чем выше значение энергии активации, тем сильнее влияет температура на константу скорости. А в случае экзотермической реакции, энергия активации обратной реакции больше, чем прямой. Следовательно, температура сильнее влияет на обратную реакцию, и понижение температуры будет сильнее понижать константу скорости обратной реакции, чем константу скорости прямой реакции. Следовательно, целесообразно вначале процесс вести при высокой температуре с целью увеличения скорости прямой реакции до момента накопления достаточного количества целевого продукта. Затем температуру следует снижать, чтобы сместить равновесие в нужную сторону и добиться максимального выхода конечного продукта. Зависимость температуры смеси внутри реактора от времени пребывания аналогичен. Таким образом, температура смеси внутри реактора вначале растет, а далее уменьшается. Чем выше температура жидкости, тем выше экстремум данной зависимости. Максимальная температура жидкости, при которой не возникает угрозы перегрева равна 105°С. Оптимальная температура стенки равна 60°С. Такой температурный режим является оптимальным при заданных условиях и при нем достигается наибольший выход, равный 0,973. Выводы: Наиболее оптимальным условием для проведения заданного процесса является высокая температура вводимой жидкости Т0 и низкая температура стенки Тп. Это приводит к максимальной температуре смеси на входе в реактор и постепенному ее снижению на выходе из реактора, что приводит к максимальной степени превращения реагента и выходу целевого продукта для данной реакции. |