Моделирование подавления экзотермических реакций в стеклянном реакторе
объемом 100 л с помощью циркуляционного термостата

Некоторые химические реакции протекают с выделением или поглощением те-пла, что может привести к нежелательному исходу: образованию "козла", получение побочных продуктов и т.п. Для подавления нежелательных явлений необходимое тепло должно быть отведено или подведено к реакционной массе как можно быстрее, чтобы вернуть систему в равновесие.

В данной работе моделировалось подавление экзотермических реакций в стеклянном реакторе объемом 100 л с рубашкой (Diehm, Германия). В качестве среды использовали силиконовую жидкость, которая не замерзает и не разлагается в диапазоне температур от -90 до +55°С. В качестве источника экзотермической реакции использо-вали электрический нагреватель с регулируемой мощностью нагрева. Температура среды в реакторе поддерживалась с помощью циркуляционного термостата Unistat 930w (мощность охлаждения 20 кВт при 0°С). Данные по изменению температуры среды ре-гистрировались с помощью датчика температуры РТ100 и выводились на программу Spy-Light.

Эксперимент состоял из двух этапов: на первом этапе смоделировали реакцию с выделением тепла 1 кВт, а после стабилизации температуры среды увеличили выброс тепла до 2 кВт. Изменение температуры среды и циркулирующего теплоносителя пред-ставлены на рисунке 1.

Из рисунка видно, что в момент увеличения температуры среды "за счет про-текания экзотермической реакции", термостат включился на охлаждение и опустил температуру в рубашке до -35°С, причем температура рубашки не пошла вверх до тех пор, пока температура реакции не пошла вниз. Максимальное увеличение температуры среды составило 2°С. Когда данный эксперимент повторили при тепловом эффекте ре-акции 2 кВт, температура среды до полного подавления успела увеличиться на 4°С.

В обоих случаях удалось взять реакцию под контроль за 13-16 минут. После возвращения температуры реакции на заданный уровень 0°С (при включенном элек-тронагревателе) разница температур среды и теплоносителя оставалась 25°С в первом случае и 50°С во втором еще некоторое время.

Окончание экзотермической реакции (выключение электронагревателя) приве-ло к понижению температуры среды за счет циркуляции холодного теплоносителя. Но термостат мгновенно сработал на нагрев, и, примерно за 10-12 минут, температура сре-ды стабилизировалась на заданном уровне. При этом температуры среды и теплоноси-теля выровнялись.

Согласно проведенному эксперименту видно, что для подавления экзотермиче-ской реакции необходимо быстро отвести из системы лишнее тепло, например, за счет охлаждения циркулирующего теплоносителя. Чем выше тепловой эффект реакции, тем должна быть выше разница температур среды и теплоносителя.