2 0. Реактор идеального смешения периодического действия. Вывод и анализ характеристического уравнения

РИС-П представляет собой аппарат с мешалкой, в который периодически загружают исходные реагенты. В реакторе создается интенсивное перемешивание, поэтому в любой момент времени концентрация реагентов одинакова во всем объеме реактора.

- начальное кол-во исх.реагента А в реакционной массе.

- начальная концентрация исх.реагента А в реакционной массе.

α - начальная степень превращения вещества А

- тоже, но в конце процесса.

Рассмотрим 2 случая:

21. Реактор идеального вытеснения. Вывод и анализ характеристического уравнения

РИВ представляет собой трубчатый аппарат, в котором отношение длины трубы к ее диаметру большое. В реактор непрерывно подаются исходные реагенты, которые превращаются в продукты реакции по мере перемещения их по длине реактора.

Любая частица потока движется только в одном направлении по длине реактора, обратное (продольное) перемешивание отсутствует. Нет перемешивания по сечению реактора. Каждый элемент объема реакционной массы движется по длине реактора, не смешиваясь с предыдущими и последующими элементами объема, вытесняя все, что находится перед ним. В этом состоит “идеальность “ реактора вытеснения.

- общий вид материального баланса для РИВ.

(1)

(2)

(3)

объединяя уравнения (1), (2), (3)

(4)

(5)

подставим урав. (5) в урав. (4)

- характеристическое уравнение для РИВ.

Рассмотрим 2 случая:

22. Реактор идеального смешения непрерывного действия. Вывод и анализ характеристического уравнения

В РИС-Н подача исходных реагентов и отвод продуктов реакции осуществляется непрерывно. В реальном реакторе НС исходная реакционная смесь постепенно перемешивается реакционной массой, которая находится в реакторе. В идеальном реакторе НС эта операция происходит мгновенно, откуда следует резкое изменение концентрации исходного реагента.

- начальное кол-во исх.реагента А в реакционной массе.

- начальная концентрация исх.реагента А в реакционной массе.

α - начальная степень превращения вещества А

- тоже, но в конце процесса.

- общий вид материального баланса для РИС-Н.

- характеристическое уравнение для РИС-Н.

Рассмотрим 2 случая:

23. Действительное и условное время пребывания в реакторах разного типа

24. Расчет и выбор реактора для проведения простых реакций

Важнейшими показателями работы реактора, определяющими экономичность химического процесса являются:

- Размер реактора, от которого зависит его интенсивность.

- Селективность по целевому продукту.

- Выход продукта.

Рассмотрим простую необратимую реакцию , в которой нет побочных продуктов, и сравним реакторы различного действия между собой.

25. Каскады реакторов. Методы расчета. Сравнение работы одиночного реактора и каскада

Каскад - это несколько последовательно соединенных реакторов.

Рассмотрим несколько вариантов каскада:

1) Каскад РИВ.

- характеристическое уравнение для РИВ.

- определение условного времени пребывания.

m реакторов ИВ общим объемом V обеспечивают такую же степень превращения исходного реагента, как один РИВ такого же объема.

2) Каскад РИС-Н. В единичном РИС не достигается высокая степень превращения, так как начальная концентрация в нем мгновенно снижается до конечного значения и весь процесс протекает при низкой концентрации. Поэтому используют каскад.

К онцентрация исходного реагента снижается до конечного значения не сразу, а постепенно от реактора к реактору.

Рассмотрим реакцию , n=1.

- характеристическое уравнение для РИС-Н. (1)

, где - концентрации исходного вещества А на входе в m-й реактор и на выходе из него. (2).

(3)

(4)

При (4.a)

При (4.б)

объединяя уравнения (4.a) и (4.б)

Если время пребывания во всех реакторах одинаковое

(5)

(6)

3) Каскад РИС-Н - РИВ - РИС-Н.

Для системы, состоящей из последовательно соединенных реакторов различного типа, расчет ведут последовательно для каждого реактора.

- характеристическое уравнение для РИВ.

- количество реагента А, вступающее в химическую реакцию в 1-це V, в 1-цу времени.

- количество реагента А, переносимое конвективным потоком.

; ;

26. Расчет и выбор реактора для проведения сложных реакций. Качественный анализ состава реакционной смеси для параллельных, последовательных и смешанных реакций

Выводы

27. Количественный анализ состава реакционной смеси в реакторах различного типа для параллельных реакций

28. Количественный анализ состава реакционной смеси в реакторах различного типа для последовательных реакций

29. Отличие реальных реакторов от идеализированных моделей. Понятие о диффузионной и ячеечной моделях. Смешанные модели. Сущность расчетов

30. Экспериментальное определение гидродинамической обстановки в реакторе. Кривые отклика. Вид кривых отклика для различных моделей реакторов

В реальных реакторах отсутствуют допущения, которые есть в идеальных реакторах:

- заданная степень превращения достигается при большем времени, чем это следует из уравнений для идеальных реакторов.

- в реакторе реального вытеснения присутствует продольное и поперечное перемешивание.

- в реакторах реального смешения нет полного перемешивания реакционной смеси.

Степень отклонения определяет насколько реальный реактор данного типа отличается от идеального. Степень отклонения определяется экспериментально. В газ (или жидкость) , которая входит в реактор вводят индикатор и через некоторые промежутки времени измеряют концентрацию этого индикатора на выходе из реактора. По данным строится кривая отклика и по ним определяют коэффициенты, учитывающие отклонения реальных реакторов от идеальных.

Индикатор, который вводят для анализа должен быть легко определяемым и быть химически инертным по отношению к реагентам.

Существует 2 метода ввода индикатора: ступенчатый и импульсный.

1) Ступенчатый метод:

В момент времени по всему поперечному сечению реактора непрерывно вводят небольшой объем индикатора, определяют изменение во времени его концентрации в жидкости на выходе из реактора. Строят кривую отклика, называемой F-выходной кривой и определяют коэффициенты.

2) Импульсный метод:

В жидкость, поступающую в реактор по всему сечению реактора, вводят небольшой объем индикатора мгновенно (импульсно), измеряют концентрацию и строят кривую отклика, называемой С-образной кривой.

Сравнение кривых отклика позволяет уточнить мат.модель реактора повысить точность расчета.