сотрудник
Ангарский государственный технический университет (Вычислительные машины и комплексы, Профессор)
сотрудник
Россия
Россия
сотрудник
Россия
Исследуется устойчивость процесса полимеризации этилена в автоклавном реакторе на основе детерминированной математической модели. Найдены условия, обеспечивающие устойчивое стационарное состояние химического реактора полимеризации
автоклавный химический реактор, математическая модель реактора полимеризации этилена, устойчивость химического реактора
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. Вольтер, Б.В. Устойчивость режимов работы химических реакторов /Б.В. Вольтер, И.Е. Сальников. - Москва: Химия, 1981.- 200 с.
2. Жоров, Ю.М. Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии. - Москва: Химия, 1978.- 376 с.
3. Перлмуттер, Д. Устойчивость химических реакторов. Пер. с англ. Под ред. Н.С. Гурфейна. - Ленинград: Химия.1976. - 256 с.
