Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь

В работе представлены результаты численных исследований стационарного тепломассообмена в гомофазном полимеризационном реакторе типа «круглая труба» для тепловых граничных условий третьего рода. Получена зависимость температуры полимеризующейся среды от периодического изменения температуры среды, окр...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Кадыйров, А.И., Вачагина, Е.К.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2010
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Тепло- и массообменные аппараты
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60478
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь / А.И. Кадыйров, Е.К. Вачагина // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 30-36. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60478
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-604782025-02-09T10:06:58Z Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь Stationary heat-and-mass transfer in a flowing homophase polymer-making reactor at periodic change for temperature environment, surrounding a reactionary mix Кадыйров, А.И. Вачагина, Е.К. Тепло- и массообменные аппараты В работе представлены результаты численных исследований стационарного тепломассообмена в гомофазном полимеризационном реакторе типа «круглая труба» для тепловых граничных условий третьего рода. Получена зависимость температуры полимеризующейся среды от периодического изменения температуры среды, окружающей реакционную смесь, по длине трубы. В роботі представлено результати числових досліджень стаціонарного тепломасообміну в гомофазному полімеризаційному реакторі типу “кругла труба” для теплових крайових умов третього роду. Отримано залежність температури полімеризуючого середовища від періодично змінюваної температури середовища, яке оточує реакційну суміш по довжині труби. The work results of the numerical investigation of stationary heat-and-mass transfer in a homophase polymer-making «a round pipe» reactor for bundary thermal flow are presented. The dependence of temperature inside of reactor from periodic change of surroundence temperature is obtained. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№08-08-12109офи) и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (госконтракт по НК-144П). 2010 Article Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь / А.И. Кадыйров, Е.К. Вачагина // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 30-36. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60478 532.135, 662.4 ru Промышленная теплотехника application/pdf Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Тепло- и массообменные аппараты Тепло- и массообменные аппараты
spellingShingle	Тепло- и массообменные аппараты Тепло- и массообменные аппараты Кадыйров, А.И. Вачагина, Е.К. Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь Промышленная теплотехника
description	В работе представлены результаты численных исследований стационарного тепломассообмена в гомофазном полимеризационном реакторе типа «круглая труба» для тепловых граничных условий третьего рода. Получена зависимость температуры полимеризующейся среды от периодического изменения температуры среды, окружающей реакционную смесь, по длине трубы.
format	Article
author	Кадыйров, А.И. Вачагина, Е.К.
author_facet	Кадыйров, А.И. Вачагина, Е.К.
author_sort	Кадыйров, А.И.
title	Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь
title_short	Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь
title_full	Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь
title_fullStr	Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь
title_full_unstemmed	Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь
title_sort	стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Тепло- и массообменные аппараты
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60478
citation_txt	Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь / А.И. Кадыйров, Е.К. Вачагина // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 30-36. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT kadyjrovai stacionarnyjteplomassoperenosvprotočnomgomofaznomreaktorepriperiodičeskomizmeneniitemperaturysredyokružaûŝejreakcionnuûsmesʹ AT vačaginaek stacionarnyjteplomassoperenosvprotočnomgomofaznomreaktorepriperiodičeskomizmeneniitemperaturysredyokružaûŝejreakcionnuûsmesʹ AT kadyjrovai stationaryheatandmasstransferinaflowinghomophasepolymermakingreactoratperiodicchangefortemperatureenvironmentsurroundingareactionarymix AT vačaginaek stationaryheatandmasstransferinaflowinghomophasepolymermakingreactoratperiodicchangefortemperatureenvironmentsurroundingareactionarymix
first_indexed	2025-11-25T17:30:53Z
last_indexed	2025-11-25T17:30:53Z
_version_	1849784386034073600
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №130 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ УДК 532.135, 662.4 Кадыйров А.И., Вачагина Е.К. Исследовательский центр проблем энергетики Учреждения РАН КазНЦ РАН СТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ПРОТОЧНОМ ГОМОФАЗНОМ РЕАКТОРЕ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКОМ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ СРЕДЫ, ОКРУЖАЮЩЕЙ РЕАКЦИОННУЮ СМЕСЬ В роботі представлено ре- зультати числових досліджень стаціонарного тепломасообміну в гомофазному полімеризаційному реакторі типу “кругла труба” для теплових крайових умов третього роду. Отримано залежність темпе- ратури полімеризуючого середови- ща від періодично змінюваної тем- ператури середовища, яке оточує реакційну суміш по довжині труби. В работе представлены резуль- таты численных исследований ста- ционарного тепломассообмена в гомофазном полимеризационном реакторе типа «круглая труба» для тепловых граничных условий тре- тьего рода. Получена зависимость температуры полимеризующейся среды от периодического изменения температуры среды, окружающей реакционную смесь, по длине тру- бы. The work results of the numerical investigation of stationary heat-and- mass transfer in a homophase polymer- making «a round pipe» reactor for bundary thermal flow are presented. The dependence of temperature inside of reactor from periodic change of surroundence temperature is obtained. a, b – амплитуда и период изменения температу- ры среды,окружающей реакционную смесь; Bi – число Био, характеризующее теплообмен с окружающей средой; – второй инвариант тензора скоростей деформации; , – безразмерные концентрации мономера и инициатора соответственно; – безразмерное давление жидкости в трубе; Pr – число Прандтля; , Wx – безразмерные осевая и радиальная сос- тавляющие компоненты вектора скорости ; x, – координаты; β, γ, γM , δM , γJ , δJ , βi , ζ – безразмерные парамет- ры; χ – параметр, характеризующий интенсивность тепловыделения от вязкого течения; δ – параметр, характеризующий интенсивность тепловыделения от химической реакции полимеризации; φ – текучесть; η – безразмерная степень превращения; – безразмерная динамическая вязкость; θ – безразмерная температура полимеризующейся среды; θ* – безразмерная температура среды, окружающей реакционную смесь; τ – напряжение сдвига. Введение Учитывая современную динамику роста единичных мощностей и перехода от техноло- гических схем получения полимеров периоди- ческого действия на непрерывные, весьма остро встают вопросы, связанные с качеством поли- мера и поддержанием безаварийных режимов работы технологического оборудования [1]. Как известно [2], процесс полимеризации экзотер- мичен и при полимеризации выделяется тепло- та, при этом нагрев вещества может достигать нескольких сот градусов. Вследствие того, что интенсивность реакции зависит от температу- ры реагирующей среды, а ее распределение по объему реактора неравномерно, скорость про- текания реакции на различных участках реак- тора неодинакова. Местные перегревы, участ- ки прогрессивного нарастания температуры приводят к деструкции образовавшегося поли- мера или, по меньшей мере, к ухудшению его качества (например, потемнению). Поэтому выявление закономерностей их возникнове- ния с целью предотвращения ухудшения каче- ства полимера представляет как научный, так 2I& M& J& P& zW& W r z& µ& ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 31 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ и практический интерес. Исследованию про- цесса тепломассопереноса в гомофазном по- лимеризационном реакторе в научной литера- туре посвящено достаточно много работ. Так, например, работы [3-5] посвящены моделиро- ванию реакторов полимеризации, классифи- кации моделей, исследованию реологических аспектов процесса, анализу кинетических мо- делей и схем для реакций различной природы. В работе [6] проведено численное иссле- дование прогрессивного нарастания темпе- ратуры в стационарном гомофазном полиме- ризационном реакторе, где теплообмен через стенки реактора происходил по закону Ньюто- на. Однако, как известно из практики [7], при запуске реактора смесь сначала принудитель- но нагревается, а затем приходится отводить выделяющуюся теплоту через стенку реактора в окружающую среду. Обоснование необходи- мости исследования теплового взрыва при на- личии колебаний окружающей температуры представлены в работах [8, 9]. Таким образом, исследование процессов тепломассоперено- са при наличии колебаний температуры сре- ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 22 2 , , , , 2 2, , , , , , x x x x x z xz x W W W WPW W I I x z x x x z z WWI I I W z x x x x ∂ ∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂   ζ + ζ = µ θ η − + µ θ η +   ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂    ∂∂∂  + µ θ η + µ θ η − µ θ η ∂ ∂ ∂  & & & & && & & & & & & && & & & ды, окружающей реакционную смесь, является весьма актуальной задачей. Постановка задачи При построении математической модели гомофазной инициированной полимеризации в проточном трубчатом реакторе приняты следу- ющие допущения: течение реагирующей систе- мы ламинарное, стационарное, со сформировав- шимся профилем вектора скорости на входе в реактор; силы тяжести незначительны; перенос тепла и массы вдоль линий тока за счет тепло- проводности и диффузии мал по сравнению с вынужденным переносом; плотность, удельная теплоемкость, теплопроводность вещества и коэффициенты взаимной диффузии в ходе ре- акции меняются незначительно, толщина стен- ки незначительна, термическое сопротивление стенки пренебрежимо мало; выполняется усло- вие постоянства расхода через поперечное сече- ние канала. Таким образом, система уравнений, описы- вающая тепломассоперенос в гомофазном поли- меризационном реакторе типа «круглая труба», в безразмерном виде записывается как: , (1) (2) , (4) , (5) (6) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 , , , , 2 , , 1 12 , , 2 , , , xz z z z x z xz z z WW W W WPW W I I I x z x z x x z z z WW W WI I x z z x x z z x ∂∂ ∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂ ∂     ζ + ζ = µ θ η + µ θ η − − µ θ η +    ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂     ∂∂ ∂ ∂∂ ∂   + µ µ θ η − + µ µ θ η −   ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂    & & & & & & & & & & & && & & & & & & & & && & & & & & & & ( )1 0z x WW x x x z ∂∂ ⋅ ⋅ + = ∂ ∂ & & 2 22 1 exp 1 m n x zW W M J I x z x x x  ∂θ ∂θ ∂ θ ∂θ θ γ ⋅ + ⋅ = + ⋅ + δ ⋅ + χ ⋅µ ⋅   ∂ ∂ ∂ ∂ +βθ    & & & && & 2 2 1 exp 1 m n M x z M M M M MW W M J x z x r x    ∂ ∂ ∂ ∂ θ γ ⋅ + ⋅ = + ⋅ − δ ⋅   ∂ ∂ ∂ ∂ +βθ   & & & & & & & & 2 2 1 exp 1 ni J x z J J J J JW W J x z x x x    β θ ∂ ∂ ∂ ∂ γ ⋅ + ⋅ = + ⋅ − δ ⋅   ∂ ∂ ∂ ∂ +βθ   & & & & & & & , (3) ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №132 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ( ) ( )( ) ( )5 6 11 exp 1 1 M C C M  − Θ = − − −  β +βθ  & & & 1: Bi ( ( ))x z x ∂θ = = − ⋅ θ− θ ∂ & 1: 0, 0x M J= = =& & 1: 0, 0z xx W W= = =& ( ) zθ & ( )* 0( ) 1 sin( / 2)* z a bzθ = θ + + − π& & 0 ( )zW x& ( ){ }, , , zx x z i k i x k zx z x zω = ω ×ω = ∈ω ∈ω& & && & { }1 , 1,z k k k z zz z z h k N−ω = = + =& & && & & ( ) 7 8 0 9 8 0 1 exp CС C С∞ ∞ ∞  τ = ϕ − ϕ − ϕ − Θ µ ϕ − ϕ  &&& & & & && ( )( ) ( )0 4 5 6 1(1 ) exp 1 1 C M C C M  − ϕ = − − − −    β +βθ  & && ( )( ) ( )1 2 3 1(1 ) exp 1 1 C M C C M∞  − ϕ = − − − −    β +βθ  & && 0 : 0, 0z x WM Jx W x x x x ∂∂θ ∂ ∂ = = = = = = ∂ ∂ ∂ ∂ & & & 00 : 0, 1, 1, ( ),z zz M J W W x= θ = = = =& & & && в области . Важным обстоятельством, характерным для полимеризационных процессов, является изменяющаяся вязкость реагирующей системы как функция кинетических параметров и тем- пературы, поэтому реологическое уравнение состояния полимеризующейся среды основано на уравнении Кутателадзе-Хабахпашевой [10] с учетом связи макрокинетики применительно к полимеризующейся среде (7) , , , . Температурная зависимость реологических па- раметров выражена в аррениусовском виде через зависимости φ0, φ∞ и θ от температуры, а связь макрокинетики с реологическими параметрами производится через предэкспоненты подробно представленных в работах [5, 6]. Выражение для вязкости в безразмерном виде принимает сле- дующий вид: , (8) , , , С1 , С2 , С3 , С4 , С5 , С6 , С7 , С8 , С9 – эксперимен- тальные константы. Краевые условия рассмотрены следующего (0 1, 0)D x z= ≤ ≤ ≥& & * exp( ),ϕ = −τ * 0 0 ∞ ∞ ∞ ϕ −ϕ τ ϕ = τ = θ ϕ −ϕ ϕ −ϕ % ( )2 2 2 1 ( ) I I I τ = µ ϕ = µ вида: условие прилипания жидкости на стенке реактора при , (9) условия для концентраций мономера и иници- атора на стенке реактора при , (10) тепловые граничные условия на стенке реактора при , (11) Здесь – температура среды, окружающей реакционную смесь, представлена в виде функции следующего вида: . (12) Условие симметрии при , (13) Условие на входе в трубу при (14) где является решением стационарной задачи (5), (9), (13) с Wx=0 . Метод решения В связи с тем, что для рассматриваемых сред Pr>>1, а время гидродинамической релак- сации много меньше тепловой, процесс можно считать квазистационарным. Соответствен- но профиль скорости почти мгновенно под- страивается под профиль температуры [11]. Кроме того, изменение соответствующих со- ставляющих вектора скорости в поперечных направлениях много больше их изменений в направлении основного движения. В связи с вышесказанным основная идея общего алго- ритма решения поставленной задачи состоит в разбиении длины канала на слои путем введе- ния сетки , (15) , ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 33 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ 0,01x zh h= =& kz& 0 0z =& – шаг сетки разбиения; Nt – вы- бирается в зависимости от длины начального участка. Ввиду нелинейности рассматриваемых уравнений численная реализация решения (1)-(6) с краевыми условиями (9)-(14) будет носить ите- рационный характер. Для решения поставленной задачи выбран метод конечных элементов, где в ка- честве базисных функций взяты локальные сплай- ны третьего порядка [12, 13]. На каждом слое сетки поле температур ищется из уравнения энергии с помощью значений гидродинамических характеристик и распределе- ний концентраций мономера и инициатора, полу- ченных из решения гидродинамической и массо- обменной частей задачи на предыдущем слое . Далее последовательно производится расчет полей концентраций мономера и инициатора, гидродина- мических характеристик потока на этом же слое на основании найденного поля температур. Затем вновь производится расчет матрицы температур с использованием полученных гидродинамиче- ских характеристик и распределений концентра- ций мономера и инициатора. Расчет повторяется до тех пор, пока не будет достигнута необходимая точность, после чего совершается переход на сле- дующий слой. На нулевом слое ( ) гидроди- намические характеристики находятся с помощью значения температуры и концентраций мономера и инициатора на входе в трубу. В силу того, что Pr>>1, полагаем на каждом слое сетки выражение , при этом , значение которого находится с по- мощью распределения . Таким образом, на каждом слое сетки пооче- редно решается уравнение переноса энергии (4), изменение концентрации мономера (5) и инициа- тора (6), упрощенное уравнение движения вида: .(16) zω & / 0zW z∂ ∂ =& & zW& ( ) ( ) 21 2 0 1 , , ; ; x 0,1z zW WP PI x xdx x x x z z x ∂ ∂∂ ∂ ∂   ⋅ µ θ η ⋅ ⋅ = = µ ∈  ∂ ∂ ∂ ∂ ∂   ∫& & & & && & & & / constP z∂ ∂ =& & zω & Уравнение неразрывности (3) используется для определения радиальной составляющей Wx , а уравнение (1) – для определения . /P x∂ ∂& Решение задачи (2), (9), (13) с Wx=0 , с уче- том, что Pr>>1, сводится к решению задачи (16), (9), (13) с Wx=0. В качестве метода решения, ис- пользуется метод конечных элементов с базис- ными функциями в виде локальных сплайнов третьего порядка [12, 13]. Результаты численных исследований В качестве объекта численного исследова- ния тепловых режимов в проточном гомофазном реакторе рассматривается полимеризующаяся среда. Проведенный комплекс численных ис- следований показал, что при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь, наблюдается колебание температуры реагирующей массы, которое по длине трубы затухает в силу расхода реагентов реакции (инициатора и мономера). Как видно из рис.1, а, колебаниям температуры рабочей среды сопутствует колебание ее вязкости, следователь- но, осевой и радиальной составляющей вектора скорости и перепада давления (θ*=0,398; Bi=2; γ=0,1; χ=0,01; β=0,1565 [14]). Если тепловые и гидродинамические харак- теристики могут как возрастать, так и убывать по длине трубы, то реокинетические – только убывать, так как количество инициатора и мо- номера в ходе реакции не возобновляется. Как показано на рис. 1, б инициатор и мономер рас- ходуются интенсивнее на участках, где темпера- тура возрастает. Это связано с тем, что на дан- ных участках температура среды, окружающая реакционную смесь, наибольшая, что, в свою очередь, приводит к интенсификации реакции полимеризации. Одним из значимых управляющих пара- метров для реакций полимеризации является параметр δ, характеризующий интенсивность тепловыделения от химической реакции поли- меризации. Значимость данного параметра обу- словлена тем, что в данный безразмерный ком- плекс входят такие характеристики как тепловой эффект реакции полимеризации, константа ско- рости реакции полимеризации. Выявим зако- номерность температуры полимеризующейся среды от параметра δ в случае периодического ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №134 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ a) б) Рис. 1. Изменение тепловых, гидродинамических и реокинетических характеристик полимеризующейся среды; (δ=0,65, a=0,5, b=0,5). изменения температуры среды, окружающей ре- акционную смесь, а также условия возникнове- ния прогрессивного нарастания температуры. Для этого проведены исследования зависи- мости средней по сечению температуры полиме ризующейся среды ( ) от амплитуды (а) и пе- риода (b). Рассмотрим сначала случай, кода a≤2, b=0,2, где b имеет сравнительно малое значение. θ Рис. 2. Изменение температуры полимеризующейся среды для фиксированного значения периода b=0,2; а=2. Как видно из рисунка при увеличении зна- чения параметра δ возникает локальный мак- симум температуры реагирующей смеси, т.е. с увеличением теплового эффекта или скорости реакции полимеризации увеличивается тепло- подвод в реагирующей системе, который не успевает отводиться во внешнюю среду, что приводит к появлению локального скачка тем- пературы. Если в случае a≤2, b=0,2 с увеличением параметра δ наблюдается локальный макси- мум температуры на участке, перед первым максимумом зависимости (13), то для больших значений периода b≤4 при a=0,2, (где a срав- нительно малое значение) картина несколько иная (рис. 3). В данном случае, с увеличением параме- тра δ наблюдается увеличение первого макси- мума зависимости . Как показали исследо- вания, увеличение максимального значения в зависимости от δ характерны главным обра- зом в первом периоде, а при достаточно боль- ших значениях параметра b – и в последующих периодах. ( )zθ & θ На рис. 2 представлены изменения безразмер- ной температуры полимеризующейся среды по длине реактора для различных значений пара- метра δ. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 35 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ( )zθ & Рис. 3. Изменение температуры полимеризующейся среды для фиксированного значения амплитуды а=0,2; b=4. Численные расчеты показали, что для (a≤1, b=0,2) увеличение предкритического значения параметра δ на 0,01 приводит к зна- чительному росту температуры, наблюдается явление прогрессивного нарастания темпера- туры. Однако, увеличение значения амплиту- ды приводит к уменьшению критического зна- чения параметра δ, при котором достигаются критические значения температуры, и умень- шению величины скачка от предкритического к критическому (рис. 4) В силу того, что на рис. 1-3 рассмотрены значения параметра δ, соответствующие слу- чаю низкотемпературного режима реакции по- лимеризации, то при a≤2, b=0,2 наблюдаются небольшие значения локальных максимумов, а при b≤4, a=0,2 незначительное увеличение первого максимума зависимости . Далее рассмотрим, к чему приводит дальнейшее уве- личение параметра δ для приведенных ранее случаев (рис. 1-3). Рис. 4. Изменение температуры полимеризующейся среды для фиксированно- го значения периода b=0,2; a=2. Рис. 5. Изменение температуры полимеризующейся среды для фиксированно- го значения амплитуды а=0,2, b=4. В ходе проведения численных исследо- ваний для случая, когда значения периода b достаточно велики, а значения амплитуды не- значительны, всегда будет существовать такое значение параметра δ, увеличение которого на сколь угодно малую величину приведет к воз- никновению прогрессивного нарастания темпе- ратуры. Это говорит о том, что при малой ампли- туде и большой частоте изменения температуры среды, окружающей реакционную смесь, пере- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №136 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ходы от низкотемпературного в высокотемпера- турный режим сопровождается явлением про- грессивного нарастания температуры, которое в свою очередь может привести к аварийной остановке реактора. Например, на рис. 5 пред- ставлен случай (а = 0,2, b = 4), иллюстрирую- щий данную зависимость. Таким образом, мож- но сделать следующие выводы. Выводы 1. При периодическом изменении темпера- туры среды, окружающей реакционную смесь, наблюдается колебание температуры реагирую- щей массы, которое по длине трубы затухает в силу расхода реагентов реакции (инициатора и мономера). 2. Построенные зависимости температур- ных, гидродинамических, реологических и рео- кинетических характеристик среды показывают, что колебание температуры реагирующей смеси сопровождается колебаниями ее вязкости, ком- понент вектора скорости и перепада давления, при этом количество инициатора и мономера расходуются интенсивнее на участках, где тем- пература возрастает. 3. Проведенные численные расчеты тепло- массопереноса в гомофазном полимеризаци- онном реакторе непрерывного действия по- казывают, что наибольший рост температуры реагирующей смеси по длине реактора наблю- дается при большой частоте и малой амплитуде изменения температуры среды, окружающей ре- акционную смесь. Работа выполнена при финансовой под- держке РФФИ (№08-08-12109офи) и ФЦП «На- учные и научно-педагогические кадры инноваци- онной России» на 2009-2013 годы (госконтракт по НК-144П). ЛИТЕРАТУРА 1. Кучанов С.И. Проблема качества поли- меров при переходе от периодического к непре- рывному способу их получения // Химическая промышленность. – 1981. – №2. – С. 28-33. 2. Будтов В.П., Консетов В.В. Тепломассо- перенос в полимеризационных процессах. – Л.: Химия, 1983. – 256 с. 3. Вольфсон С.А., Ениколопян Н.С. Расчеты высокоэффективных полимеризационных про- цессов. – М.: Химия, 1980. –312 с. 4. Бостанджиян С.А., Боярченко В.И., Жирков П.В., Зиненко Ж.А. Низкотемператур- ные режимы полимеризации в проточном ре- акторе // ПМТФ. –1979. – № 1. – С. 130-137. 5. Маминов О.В., Назмеев Ю.Г. Трубчатые полимеризационные реакторы // Известия выс- ших учебных заведений. Химия и химическая технология. – 1987. – Т. 30, № 3. –С. 3-14. 6. Кадыйров А.И. Исследование тепло- обмена в гомофазном полимеризационном реакторе при тепловых граничных условиях третьего рода // Труды Академэнерго. – 2006. – №.3. – С.3-15. 7. Гупало Ю., Олимшоев Р. Стабилизация режима работы химического реактора вытес- нения с интегральным тепловыделением пу- тем регулирования температуры на входе в ре- актор // ТОХТ. –1987. – Т.21, № 3. – С. 328-333. 8. Steinberg A.S., Gorelski V.A., Viljoen H.J. et al. In: Proc. V Intern. Conf. “Wildlife Fires: Initiation, Spread, Suppressing and Ecological Consequences”. Tomsk: Publ. House Tomsk Univ., 2003. P. 304-305. 9. Штейнберг А.С., Худяев С.И. Тепло- вой взрыв при наличии колебаний температу- ры среды, окружающей реакционную смесь // Докл. РАН. – 2005. – 403, № 2. – С. 212-215. 10. Кутателадзе С.С., Попов В.И., Хабахпашева Е.М. К гидродинами- ке жидкостей с переменной вязко- стью // ПМТФ. – 1966. – № 1. – С. 45-49. 11. Назмеев Ю.Г. Гидродинамика и тепло- обмен закрученных потоков реологически сложных жидкостей. – М.: Энергоатомиздат, 1996. – 304 с. 12. Завьялов Ю.С., Квасов Б.И., Мирошниченко В.Л. Методы сплайн-функций. – М.: изд-во Наука, 1980. – 352 с. 13. Алберг Дж., Нильсон Э., Уолш Дж. Те- ория сплайнов и ее приложения: пер. с англ. Ю.Н. Субботина; под ред. Стечкина. – М.: Изд- во «Мир», 1972. – 316 с. 14. Назмеев Ю.Г., Миненков В.А., Мумладзе А.И. Тепловой взрыв при течении нелинейно- вязких сред в круглой трубе // ИФЖ. – 1988. – Т. 5, № 2. – С. 212-217. Получено 09.10.2009 г.

Стационарный тепломассоперенос в проточном гомофазном реакторе при периодическом изменении температуры среды, окружающей реакционную смесь

Репозитарії

Схожі ресурси