5. (Хим. Реакторы) Сравнение реакторов идеального смешения и идеального вытеснения.

Рассмотрим два варианта РИС – Н и РИВ – Н. РИВ – Н отличается большей интенсивностью, следовательно, меньшими размерами. Рассмотрим изменение параметров по времени и объему.

Средняя скорость реакции РИС – Н всегда ниже, чем в РИВ – Н для необратимых реакций. Если порядок равен нулю, то это не оказывает влияния на интенсивность процесса (для таких реакций скорость не зависит от концентрации).

Для РИС – Н: Для РИВ – Н:

т.е.

Для реакций, порядок которых больше нуля. Тип реактора имеет большое значение, т.к. для достижения одинаковой степени превращения в РИС – Н нужно больше времени, чем в РИВ – Н, т.е. .

Для простой необратимой реакции запишем характеристические уравнения РИС – Н и РИВ – Н:

Отсюда следует, что , т.к. изменение степени превращения от нуля до единицы.

UA	K, необходимое для достижения заданной степени превращения.		РИС-Н/РИВ-Н
0,1	0,111	0,105	1,06
0,5	1,0	0,693	1,44
0,9	9,0	2,303	3,9

Сравнение реакторов для проведения сложных реакций.

Для сложных реакций судить об эффективности реактора по его размерам недостаточно, поэтому реактор должен обеспечить высокую селективность процесса.

Рассмотрим простые, параллельные и необратимые реакции.

(основной продукт).

(побочный продукт).

Запишем селективность процесса по продукту R.

Скорость по компоненту R.

Т.к. отношение К₁ к К₂ величина постоянная.

Если температура процесса постоянная, то селективность зависит от С_А. Если

n₁ > n₂, то для получения высокой селективности надо поддерживать с_А на высоком уровне.

Соотношение между n1 и n2. n1 = n2 n1 - n2 > 0 n1 - n2 > а	Селективность		Тип. Предпочтителен РИВ – Н. СРИВ-Н>СРИС-Н
n1 < n2 n1 - n2 < 0 n1 - n2 < -b			Предпочтителен РИС – Н. СРИВ-Н>СРИС-Н
n1 = n2 n1 - n2 = 0			РИВ – Н или РИС – Н безразлично.

6. (Хим. Реакторы) Тепловые режимы реакторов. Классификация реакторов.

В зависимости от теплового режима реакторы подразделяют на 3 группы:

1. адиабатические;

2. изотермические;

3. политропические.

В адиабатическом реакторе отсутствует теплообмен с окружающей средой и тепло реакции полностью расходуется на изменение температуры реакционной массы.

В изотермическом реакторе путем подвода или отвода тепла поддерживается постоянная температура в течение всего процесса.

В политропическом реакторе температура непостоянна при этом часть тепла отводится или подводится.

Адиабатический и изотермический реакторы – это предельные случаи, которые на практике почти не встречаются, но режим многих реакторов приближается к этим крайним моделям. Исходным уравнением для расчета реакторов с учетом переноса тепла служат дифференциальные уравнения конвективного теплообмена:

 - плотность реакционной смеси.

С_Р – удельная теплоемкость реакционной смеси.

X, Y, Z – пространственные координаты.

_X, _Y, _Z – составляющие скоростей движения потоков в направлении осей X, Y, Z.

 - коэффициент теплопроводности реакционной массы.

F’ – удельная поверхность теплообмена.

(поверхность/объем реактора).

 - коэффициент теплоотдачи.

Т=Т-Т_СТ

Т – температура реакционной смеси.

Т_СТ – температура стенки.

Н_R – тепловой эффект реакции.

Левая часть выражает скорость накопления тепла для любой точки, для которой составляется тепловой баланс.

- это общее уравнение теплового баланса реактора. Эта часть отражает изменение тепла связанное с движением реакционной массы.

- это изменение тепла связанное с теплопроводностью.

- это изменение тепла связанное с теплоотдачей в окружающую среду.

- это изменение тепла связанное с химическим превращением.

Из этого уравнения могут быть получены уравнения теплового баланса для различных реакторов. Например, для РИВ – Н:

тогда

- уравнение теплового баланса для РИВ – Н.

Получим для периодического реактора идеального смешения. Для него и равняются нулю.

- уравнение РИС – П.

Для РИС – Н – характерно отсутствие градиентов параметров, как во времени, так и по объему реактора. Поэтому уравнение теплового баланса для этого реактора можно составить сразу, для всего реактора заменяя градиенты параметров их конечными значениями.

- РИС – Н.

F – Общая поверхность теплообмена.

Т – температура в реакторе или на выходе из него.

Т₀ – температура на входе в реактор.

Т_СТ – температура стенки реактора.

V_R – объем реактора.

- объемный расход.

- это конвективный поток тепла (это разница между теплом, уносимым из реактора вместе с уходящими продуктами и теплом, вносимым вместе с входными компонентами). Обозначим как Q_K.

- это поток тепла отводимого из реактора путем теплоотдачи. Обозначим как Q_T

- это тепло, образовавшееся в результате реакции. Обозначим как Q_R.

Н_R – тепловой эффект реакции отнесенный к одному молю исходного компонента при температуре в реакторе.В реакции dt = d. При стационарном режиме .