8. ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ Slurry Phase Distillate Reactor Περιεχόμενα: Πληροφορίες της Θερμοδυναμικής Σταθερά ισορροπίας Σχέση θερμοκρασίας και ταχύτητας αντίδρασης Μέγεθος αντιδραστήρα σε σχέση με τη θερμοκρασία Βέλτιστη στρατηγική θερμοκρασίας Αδιαβατικές διεργασίες Υπολογισμός μεγέθους αντιδραστήρα για αδιαβατικές λειτουργίες

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ Η Θερμοδυναμική μας δίνει πληροφορίες για: Τη θερμότητα που εκλύεται ή απορροφάται από μια αντίδραση Τη μέγιστη αναμενόμενη μετατροπή Η θερμότητα που εκλύεται ή απορροφάται από μια αντίδραση εξαρτάται από: Τη φύση του αντιδρώντος συστήματος Την ποσότητα των συστατικών που αντιδρούν Τη θερμοκρασία και την πίεση του συστήματος

ΣΤΑΘΕΡΑ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ ΔGo = r*GoR + s*GoS - a*GoA = R*T*lnk = -R*T*ln(CR*CS/CA) Η σταθερά ισορροπίας δεν επηρεάζεται από την πίεση του συστήματος, την παρουσία ή όχι αδρανών, την κινητική της αντίδρασης. Εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία. k>>1 δείχνει αντίδραση αναντίστρεπτη και ότι είναι δυνατή πλήρης μετατροπή. k<<1 δείχνει ότι η αντίδραση δεν προχωρά σε σημαντικό ποσοστό. Με την αύξηση της θερμοκρασίας η μετατροπή στην ισορροπία αυξάνει για ενδόθερμες αντιδράσεις ενώ μειώνεται για εξώθερμες.

ΣΧΕΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Διαφορετικοί τρόποι παράστασης της σχέσης θερμοκρασίας – συγκέντρωσης – ταχύτητας Γενικό σχήμα της σχέσης θερμοκρασίας – μετατροπής για διαφορετικούς τύπους αντιδράσεων Αναντίστρεπτη Εξώθερμη αντιστρεπτή Ενδόθερμη αντιστρεπτή

ΜΕΓΕΘΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Εμβολική ροή Πλήρης ανάμιξη Τυχαίο θερμοκρασιακό profile Το μέγεθος του αντιδραστήρα που απαιτείται για μια δεδομένη θερμοκρασία και δεδομένα profile θερμοκρασίας λειτουργίας βρίσκεται ως εξής: Σχεδιάζουμε τη διαδρομή της αντίδρασης στο διάγραμμα xA-T. Βρίσκουμε την ταχύτητα της αντίδρασης σε διάφορες μετατροπές xA. Φτιάχνουμε το διάγραμμα 1/(-rA) vs xA. Η επιφάνεια της καμπύλης που προκύπτει από το παραπάνω διάγραμμα είναι V/FAo. Η μέθοδος αυτή είναι γενική και ισχύει για κάθε τύπο και για κάθε συνδυασμό αντιδραστήρων.

ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Βέλτιστη στρατηγική θερμοκρασίας ονομάζουμε την πρόοδο της θερμοκρασίας που ελαχιστοποιεί το V/FAo για μια δεδομένη μετατροπή του αντιδρώντος. Αναντίστρεπτη Αντιστρεπτή εξώθερμη Αντιστρεπτή ενδόθερμη Η βέλτιστη στρατηγική μπορεί να είναι: Ισοθερμοκρασιακή Μεταβλητής θερμοκρασίας Η προϋπόθεση για την επίτευξή της είναι η ακόλουθη. Το αντιδρόν σύστημα να βρίσκεται στη θερμοκρασία που η ταχύτητα αντίδρασης είναι η μέγιστη.

ΑΔΙΑΒΑΤΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ Όταν η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια μιας διεργασίας μεταβάλλει σημαντικά τη θερμοκρασία των αντιδρώντων, τότε για τον υπολογισμό του συστήματος χρειάζεται τόσο το ισοζύγιο μάζας όσο και το ισοζύγιο θερμότητας. Cp’, Cp’’ = ειδικές θερμότητες της τροφοδοσίας (ΧΑο=0) και του ρεύματος εξόδου ΧΑ Η’, Η’’ = οι αντίστοιχες ενθαλπίες ΔΗr = η θερμότητα αντίδρασης ανά mole A

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ ΓΙΑ ΑΔΙΑΒΑΤΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ Κινούμενοι στην αδιαβατική γραμμή λειτουργίας (Α.Γ.Λ.) ικανοποιούμε το ισοζύγιο ενέργειας. Προσδιορίζοντας την ταχύτητα κατά μήκος της Α.Γ.Λ. ικανοποιούμε το ισοζύγιο μάζας.