Выбор реактора для проведения реакции окисления сернистого ангидрида в серный ангидрид (стр. 3 из 4)
Как и в случае других аппаратов, используемых в химической промышленности (теплообменных, массообменных и др.), для изучения, расчета и проектирования химических реакторов применяется метод моделирования.
Под математической моделью понимается некоторое упрощенное изображение процесса в реакторе, которое сохраняется наиболее существенные свойства реального объекта и передает их в математической форме. В зависимости от постановленной задачи математическая модель учитывает разное число признаков объекта и поэтому модель может быть широкой и узкой.
2.1 Модель реактора идеального вытеснения
Реакторы вытеснения – трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала. В трубчатых реакторах перемещение имеет локальный характер и вызывается неравномерностью распределения скорости потока и ее флуктуациями, а также завихрениями. Реакторы вытеснения бывают двух видов: идеального и полного вытеснения.
Идеально вытеснение предполагает, что любое количество реагентов и продуктов через реактор перемещается как твердый поршень, и по длине реактора (в пространстве) в соответствии с особенностями реакции и сопровождающих ее физических явлений устанавливается определенное распределение концентраций участников реакции, температуры и других параметров.К реакторам идеального вытеснения относятся те аппараты, в которых отсутствует радиальное и продольное перемешивание.
Материальный баланс
Материальный баланс – вещественное выражение закона сохранения массы вещества, согласно которому по всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших во взаимодействие, равна массе веществ, образовавшихся в результате взаимодействия. Применительно к материальному балансу любого технологического процесса это означает, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию – приход, равна массе полученных веществ – расходу. Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций.
Материальный баланс непрерывно действующих проточных реакторов составляется, как правило, для установившегося (стационарного) режима, при котором общая масса веществ, поступивших в аппарат за данный период времени, равна массе веществ, вышедших из аппарата. Количество же всех веществ в аппарате постоянно, т. е. накопления или убыли суммарного количества веществ не происходит.[3]
Составим материальный баланс реактора идеального вытеснения.
dVZNA 
xx+dx
Реактор представляет собой длинный канал, через который реакционная смесь движется в поршневом режиме. Изменение концентрации происходит по длине. Выделим элементарный объем dV, для которого считается материальный баланс, где ZNA-концентрация ключевого реагента.
[кг/c]=[(м3/с)∙(м3/кмоль)∙(кг/кмоль)]
- расход 
-массовый расход химической реакции[кг/с]=[(кмоль/м3∙с)∙(м3)∙(кг/кмоль)
-массовый расход на убыль 
- объем реактора[м3]=[(м3/c)∙(c)]
- уравнение материального баланса для реактора, работающего в режиме идеального вытеснения. 
- время пребывания реакционной смеси в реакторе для получения заданной степени превращения x. Из этого уравнения можно рассчитать объем реактора.
Тепловой баланс
HfpHch 
HfrHт/o
-теплота физического прихода, где Cp-теплоемкость.[кДж/с]=[(м3/c)∙(кДж/м3/град)∙(град)]
- теплота физического расхода.[кДж/с]=[(м3/c)∙(кДж/м3/град)∙(град)]
- теплота химической реакции.[кДж/c]=[(кмоль/м3∙c)∙(кДж/кмоль)∙(м3)]
-теплота теплообменника,[кДж/c]=[(кДж/м2∙град∙с)∙(м2/м3)∙(град)∙(м3)]
Где К-коэффициент теплопередачи, определяющийся по следующей формуле
,Где d-толщина стенки;
α1, α2 -коэффициент теплоотдачи с наружной и внутренней поверхностях соответственно;
λ – коэффициент теплопроводности
Приход:
Расход:
По закону сохранения энергии:
-уравнение политермы, в котором учитывается часть теплоты химической реакции, идущей на изменение температур в химической реакции, и часть, уходящая на теплоту, которую уводит теплообменник.
В адиабатическом режиме теплообменник отсутствует:
- уравнение адиабаты. 
- адиабатический коэффициент.Физический смысл адиабатического коэффициента: на столько градусов изменится температура реакционной смеси, если степень превращения будет равна 1, то есть, если ключевой реагент прореагировал полностью.
2.2 Модель реактора полного смешения
Реакторы смешения – это емкостные аппараты с перемешиванием механической мешалкой или циркуляционным насосом. Реактор полного смешения характеризуется тем, что любой элемент объема реагирующей смеси мгновенно перемешивается со всей средой, содержащейся в реакторе, так как скорость циркуляционных движений по сечению и оси аппарата во много раз больше, чем линейная скорость по оси. [2]
Материальный баланс
GAFP
GAFR GAch
Приход:
-массовый расход ключевого реагента, пришедшего в реактор.[кг/c]=[(м3/c)·(м3/кмоль)·(кг/кмоль)]
Расход:
-массовый расход ключевого реагента, ушедшего из реактора. 
- массовый расход ключевого реагента в химической реакции.[кг/c]=[(кмоль/м3·c)·(м3)·(кг/кмоль)]
По закону сохранения материи:
-уравнение материального баланса для реактора полного смешения.
Тепловой баланс
HfpHch  | ||||
 | | |||
Hfr Hт/о
Приход:
-теплота физического прихода, где Cp-теплоемкость[кДж/с]=[(м3/c)·(кДж/м3/град)·град)]
теплота химической реакции.[кДж/c]=[(кмоль/м3·c)·(кДж/кмоль)·(м3)]
Расход:
теплота физического расхода[кДж/с]=[(м3/c)·(кДж/м3/град)·(град)]