employee
Angarskiy gosudarstvennyy tehnicheskiy universitet (Vychislitel'nye mashiny i kompleksy, Professor)
employee
Russian Federation
Russian Federation
employee
Russian Federation
The stability of the ethylene polymerization process in an autoclave reactor is investigated on the deterministic mathematical model. The conditions providing a stable stationary state of the chemical reactor of ethylene polymerization are found
autoclave chemical reactor, mathematical model of ethylene polymerization reactor, chemical reactor stability
Основным фактором, влияющим на устойчивость реактора полимеризации этилена в автоклавном реакторе, является температура. Так в химическом реакторе полимеризации этилена необходимо обеспечить нужное отведение тепла, т.е. выделяемое в процессе реакции тепло должно быть равно отводимому теплу.
Выражение для отводимого тепла выглядит следующим образом
, (1)
где – коэффициент теплопередачи (Дж/(м2∙с∙0C),
– поверхность теплообмена (м2),
– объем реактора (м3),
и
– расходы этилена и инициатора (м3/с),
и
– температуры этилена и инициатора на входе в реактор (0C),
– температура охлаждающего воздуха в рубашке (0C).
Выделяемое тепло находится как
, (2)
где – тепловой эффект реакции полимеризации (Дж/моль),
и
– массовые концентрации этилена и инициатора (кг/м3),
– константа скорости реакции полимеризации этилена (м3/(кг∙с)),
– энергия активации скорости реакции полимеризации (Дж/моль),
– плотность потока (кг/ м3),
– удельная теплоемкость потока (Дж/(кг∙0C)).
На рис. 1 приведены графики выделяемого Qв и отводимого Qо тепла. На рисунке видно, что отводимое тепло Qо связано с температурой линейной зависимостью, а выделяемое тепло зависит от температуры нелинейно.
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 – Количество выделяемого и отводимого тепла при проведении экзотермической реакции полимеризации этилена
В общем случае возможны: отсутствие решения (линии Qв и Qо не пересекаются); единственное решение (одна точка пересечения); два или три решения (две или три точки пересечения). Расчетная множественность стационарных состояний означает лишь, что реальный процесс «выберет» одно из них, как наиболее устойчивое.
При проектировании реактора подбирают такие конструктивные и режимные параметры, которые обеспечивают единственное или наиболее устойчивое состояние при заданных характеристиках процесса.
В работе найдено условие, обеспечивающее устойчивое стационарное состояние для реактора полимеризации этилена.
1. Vol'ter, B.V. Ustoychivost' rezhimov raboty himicheskih reaktorov /B.V. Vol'ter, I.E. Sal'nikov. - Moskva: Himiya, 1981.- 200 s.
2. Zhorov, Yu.M. Modelirovanie fiziko-himicheskih processov neftepererabotki i neftehimii. - Moskva: Himiya, 1978.- 376 s.
3. Perlmutter, D. Ustoychivost' himicheskih reaktorov. Per. s angl. Pod red. N.S. Gurfeyna. - Leningrad: Himiya.1976. - 256 s.
