Введення
Хімічна промисловість донедавна базувалася на методах класичної хімії, останнім часом в результаті збільшення виробництва синтетичних продуктів значно зросла кількість гетерогенно - каталітичних процесів, в тому числі процесів в псевдозрідженому шарі.
Гетерогенний каталіз - складне явище, він включає в себе механізм каталітичної дії твердих тіл, тепло-масообмін між твердою і рідкою фазами в гетерогенному шарі, процеси в порах каталізатора. Крім того, промислові процеси здійснюються, як правило, у проточних реакторах і необхідно враховувати складний механізм руху рідкої (або газової) фази. Більшість процесів є екзотермічними, тому супроводжуються безперервним теплообміном, що призводить до появи неоднорідностей температури в поперечному і поздовжньому напрямках, які також необхідно враховувати при моделюванні.
Основними моделями тепломассопереноса в реакторі з псевдозрідженим шаром є дифузійні, в яких розрахунок розподілу концентрації і температури в шарі проводиться шляхом аналізу рівнянь дифузії і теплопровідності. Причому коефіцієнти дифузії і теплопровідності визначаються не молекулярними параметрами - це скоріше коефіцієнти перемішування. Вони різні для твердої і рідкої фази.
Метою курсової роботи є побудова стаціонарної моделі тепло-масопереносу для різних умов тепловідведення через стінку реактора, а також розробка програми для дослідження теплообміну в псевдозрідженому шарі.
1. Основні математичні моделі процесів теплообміну в псевдозрідженому шарі
Аналіз процесів, що протікають в проточних хімічних реакторах з каталітичним шаром і в реакторах з псевдозрідженим шаром, являє собою дуже складну проблему. Він повинен включати в себе вивчення хімічної реакції в реальних умовах її протікання, тобто враховувати фізичні процеси, що накладаються на основний хімічний процес. Найважливішими з цих фізичних процесів є: по-перше, дифузія вихідних речовин і продуктів реакції і, по-друге, виділення і розповсюдження тепла. На ці процеси сильно впливають: характер руху газу або рідини, що приводить до конвективному переносу тепла і речовини.
Проаналізуємо основні фізичні явища, які повинні бути враховані при побудові математичних моделей процесу.
Реактор з нерухомим шаром являє собою неоднорідну систему, що складається з двох фаз: твердих частинок каталізатора і проміжків між ними, заповнених рухомим газом або рідиною. За відсутності реакції в обсязі концентрація будь-якого реагенту в реакційній суміші визначається рішенням рівняння конвективної дифузії, а температура - рівнянням теплопровідності. Граничними умовами для них будуть рівності дифузійних потоків речовини (тепла) на поверхні твердих частинок швидкостям освіти речовини (виділення тепла) в результаті поверхневої каталітичної реакції.
Розрахункова система рівнянь повинна бути, крім того, доповнена рівнянням теплопровідності твердих частинок і граничними умовами для концентрації та температури на вході, виході і стінках реактора. Якщо процес йде на пористому каталізаторі, в розрахункову систему включаються також рівняння внутрішньої дифузії реагентів в пористому зерні. При цьому в різних частинах апарату, внаслідок неоднорідності полів температури і конц...
