1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (811238), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Следует иметь в виду, что координаты процес- Чо са не соответствуют неподвижному случаю,так как в потоке пРоисходит тепловой Свежая Пес сигм разгон струи и процесс идет практкчески при постоянном давлении. В принципе же сема ФигЛ.14. Развитие реакреакция будет протекать так ции в потоке же, как в замкнутом сосуде при отсутствии движения. Роль турбулентности здесь не учитывается. 57 Фпг Л. 15. Схема интенсификации процесса разбавлением свежей смеси продуктами сгорания Однако такой путь реакции в потоке требует значительного времени н пространства.
Возможен и другой путь, когда тепло полностью прореагировавшей смеси используется для ускорения реакции свежей смеси. Это может быть постигнуто, например,при возврате части продуктов сгорания ЦпгЛ.15). За счет балластирования смеси нереагирухщнми продуктами сгорания ~ г6~~©~э ПФУмпм скорость реакции должна по— с~арсмню —— низиться, от подъема температурн - повыситься. Из-за юаню л экспоненцпельной зависимости скорости реакции от температуры второй эчфект в большинстве случаев сильнее, н суммарный э4фект будет положительным — скорость реакции повысится. сект интенсификации будет зависеть н от наличия активных центров в добавляемой смеси. Очевидно, он будет большим прп подаче только что прореагировавшей смеси по сравнению с этой величиной в случае, когца смесь была "выдержана" некоторое время после реакции. Эффекты эти определяются очень малыми временами установления равновесия и, вероятно, поэтому изучены еше недостаточно.
Можно представить сабе предельный случай: в целях максимальной интенсификации процесса перемешиваются все продукты и вся свежая смесь, т.е. случай, нередко встречахщийся в технике. Процессы во многих камерах сгорания с интенсивной рециркуляцией можно полагать приближакщимпся к подобной схеме Рассмотрим теорию этого случая. Пусть в реактор поступает заранее подготовленная смесь с концентрацией горючего сл и температурой Тэ (фигЛ.16).
Ввиду практически полного перемешивания во всем реактивном объеме устанавливается концентрацья ГЪ и температура Т . Очевидно, состав и температура газа на выходе иэ аппарата также равны ц и Т . Пулем полагать, что перемешивение происходит мгновенно н полностью. Следовательно, перемешивение не сдерживает, не огранп- чивает процесса — горение протекает в кинетической области. Будем полагать также, что тепловые потери отсутствуют.
Запишем уравнение теплового баланса для поступашлей смеси на единицу объема: Н(л, — с)-9Ср (Т- Т,), л;Т где Н вЂ” тепловой зфрвкт реакции. Из етого уравнения может быть найдена связь между температурой и концентрацией.Если выгорание полное,то п = О, Т Т~ и Нор =9Ср (Тг — Тл) Подставляя зто выражение в прелмлущее уравнение, получим: шиг.П.16. Схема реактора с йнтвнсивным переме- шиванием ЯСр(7р. Тл)-Нс -9Ср (Т-То) Нп = ЯСр (Т,; Т) В результате деления последнего равенства на Нпл получим: Тд "Т л= л Т -Т, Т -Т.
(П.21) Когда температура равна начальной ( Т= Тл), превращения нет и и - пс, если она равна конечной температуре продуктов сгорания ( Т = Тг ), и - б . При постоянной теплоемкости отношение разностей температур характеризует полноту выделения тепла т' з реакторе: Обозначем относитеь~нуь концентрацию иске„ьих продукт П вЂ” - и . Тсгцс и ИП 22) щт у-), т.е. для реактора существует простое приблнже~пме соотношение, связываппее полноту выделения тепла и расходованне исконных горвчвх продуктов. При стационарном редкие работы реактора тепло,выпеляхщееся в единицу времени за счет химических реакций, идет на нагрев проходвщнх через реактор газов. Пренебрегая изменением теплсчязическнх свойств газов, можно записать: гае ~/ — объем реактора; У вЂ” секундный расход ~сз,в; М/ — скорость реак1П|с, клп, подставляя вы)алепие для скорости реакцпи: Е лт Н„У)ЕП в лт =.
УСв (т-тщ) Концентрация с учетом предыдущего может быть расшифрована: Это уравнение позволяет выполнить анализ режимов работы реактора. Хапая часть уравнеыия графически иэобраэится кривой линией цриг.П.17), правая - прямой иэ точки Те .Угловой ксзф)зецнент прямой будет зависеть от величпны 'У вЂ” расхода вещества через реактор. В зависимости от условий процесса могут иметь место различные варианты относительного расположенкя прямых теплоотвода к кривой выделения тепла.
Первый случай — прямая 1' пересекается с кривой тепловыделения лищь в одной точке. угло»й козИициент прямой зслнк - подача газа в реактор значктельна. )злнственним ре~ о 60 !и!~ и ~.'с!лбтсл !.~1з!!ото!!!!е! артур!ПТй резин: глубина протекания реек!зп! незнап!тельна, температура на выходе из реактора мало отличается от на и!льнов. Второ'.". случай — ирнмая 5 пе- ц ресекветсл с кривой ьолеода тепла в сцп!ой то !ло при еысоком значе- 2 нии температуры. Этот случай зозволен прл малом угловом коэ4!рициенте прямой - малом расходе газа через реактор. Глубина протекания реек!пп! велика, температура близка а к максимально зозмокной, полнота т.
Те тт с выделен!и! тепла порядка единицы. Третий случай — прямая 3 пе- ФигЛ.17.условия протекаресекает кривую зыделения тепла ния реакции реактор интенсиэннм перемешитрикды: з точках а,3, с . Точка вани ем неустойчива; малейшее отклонение от нее приводит к нарушению баланса тепла и переходу в точку а илн с .
Устойчивыми являются лишь точки а и С Изменением расхода газа через реактор (углового коэ4фициента прямой) соответственно мокко прийти к реиимвм,когда точки а и с , с и С сливаются. Эти условия являются край!ими в области, где возмоины два варианта состояния системы - высокотемпературный и низкотемпературный. Нв вопрос о том, какой из реиимов реализуется,мозно ответыть, рассмотрев предысторию релшмов работы реактора.удобнее это проследить с помощью грв4шиа Т- з (чу) (4шгЛ.18). При больших расходах газа через реактор возмоиен, как было показано выше, лишь один низкотемпературный решим.По мере уменьшения скорости подачи вещества температура реакции незначительно возрастает.
Наконец, при Фл прямая й входит в соприкосновение с крмвой (фигЛ.17) и в высокотемперштурыой области. Однако по-прекнему будет реализоваться низкотемпературный реиим, так как переход к Тел за счет энергии системы невозможен. Эти ранимы, Тпл и Тел , разделяет область лей!!пита тепла, где приход его менее затрат на нагрев пестуна!шлего газа. Так будет процолиаться,пока расход газа не постигнет зелпчпнн Жи (4шгЛ.17, прлмая Ч ). Точ- 61 Тв ка ц~ при этом станет неустойчивой - малейшее увеличение температуры или уменьшение подачи газа приведет к переходу в состояние с»,так как межпу точками Та, и Тс„на- Т„сл ходится область, где вылет,, ление тепла химических реакций больше затрат на нагрен газа.
Дальнейшее уменьпз шенин подачи газа в реактор г 1 приведет к приближению темl пературы к максимально воз- $ л а можной (температура горения Тп ). т пз Если теперь, наоборот, ° л увеличить расход смеси че- У Уз У рез реактор, то устойчивый высокотемпературный режим ФИТЛ.10. Режимы работы реактора в зависимости От расхода ссхРзнится Вплоть дс Расхс веществ ПОВ фл , ЛИШЬ ТОЧКа СЛ станет неустойчивой, и за счет прихода тепла меньшего, чем затраты его в области Сл — ал, система перейдет з состояние цл .
Дальнейшее увеличение раскопа газа приведет к падению температуры в низкотемпературной области. Таким образом, в области расходов газа между '-Ул и Ф возможны два режима протекания реакции в струе.Реализация того или иного режима зависит от того, в каком направлении изменяется расходЛри движении от малых расходов к большим изменение температуры будет происходить по верхней кривой с переходом на нижнюю при ~$л .Если ке расход газа уменьшается, то процесс описывает нижняя кривая и лишь при '$» — верхняя. Очевидно, запуск подобного реактора возможен только в области малых расходов, и лишь затем можно увеличить подачу вещества, нс не превышая Обращает на себя внимание, что максимальный коз4цчтциент полноты выделения тепла такого реактора достигается прп расходах и скоростях реакций, стремящихся к нулю. В области пе максимальной скорости подачи вещество полнота пылелепия теп- Е и и ! и еТ вЂ” =- — — - — - ---,— = — ( — )= ат и!Т,-,т> ат, !,— ат ) ат, Т 1г Е йлТ Е Те — Т ф 1- Дге дт ЕТ 6 Ф е 6* =6"'" Т-7г Тогда Преобразуем температурный множитель: Тогпа, обозначив левую часть уравнения (П.23) через Ф , за- пишем: Тг Т ф ВЕ т-тг ~ ~~ ~) Все постоянные величины входят здесь в коэффициент В .Введем Тг Т новую переменную — = Х Тогда х ъ) 6 4=ве х Пайдем максимум этой величины иэ условия — = П,отбрасывая постоянный множитель: -х д -х т' -,г 1-с !!эс — (е х)=--е хее У* -о 63 ла меньше единицы.
При недбольшем расходе через реактор не является максимальыой и скорость реалии, она наблюдается при более высоких температурах Т. Представляет интерес оценка условий, при которых скорость ет,ь реакции максимальна. Введем величину — ' — 6 .Преобразуем: Е Решение х - ~ не имеет $изического смысла. Остается ~С -) но Х= 6 Следовательно, (!! 2.!) П(щ )) — — ! Т - ЕСООИ Е = МООООиал/~элэ=(ЕтаоОдж(моль Т (ЕЕОСС !)0000 Слеповательно, температура в реакторо при максимальной скорости химических реакций букет отличаться от максимальной на ощутимую величину ( 10)1).В соответствии с прелыпуэп!и меньше единицы на эту же величину будет и полнота выделения тепла.
При работе реактора на режиме максимальной подачи вещества отличие Т от максимума станет еце больше. Провепенный анализ относится к случаю отсутствия потерь тепла через стенки. В лействительности такой теплоотвоп всегпа имеет место, и кривые в координатах Т- 4/ принимают несколько иной вил. Сильнее всего теплоотвод через стенке влияет при малых подачах вещества, когда количество тепла, эыпеляхщегося в реакторе в епинипу времени, невелико .Относительная доля тепла, отводимого через стенки, окажется достаточно болыэой. Левая часть верхней ветви (Фиг.П.18) при этом перестанет существовать, и становится реальной реакция при температурах, близких к Тс, и при малых подачах вещества (Еэг.й,19).
Холопный р жим реакций может установиться при этом во всем пиапазоне расходов, при любой подаче смеси без перехода к самовоспламенению, горению. Однако, сслп подвести тепло извне, поджечь смесь, то в некоторой области раск:плэ 84 возможно и горение. Этот режим может быть ограниче!. двумя уоловиями. При большой подаче вещества горение прекралается иэ-за недостатка тепла реакций лля нагрева поступающей смесл (малого времени пребывания смеси в реакторе). Прп малых расходах горение прекращается нз-за теплопотерь в округа':г!и срегу. Прн увеличении потерь тепла область, в которой возможен стационарный процесс горения, сок|ащается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
