36 Вопрос

Реакторы непрерывного действия(проточные реакторы).

В непрерывных реакторах, питание реагентами и отвод продуктов осуществляется непрерывно. Если в периодическом реакторе, можно по часам определить продолжительность реакции так, как показатели процесса меняются во времяни, то в реакторе непрерывного действия, это сделать невозможно потому, что при установившемся режиме параметры не меняются во времяни. По этому для непрерывных реакторов вводят понятие условного времяни пребывания реагентов в системе — время контакта.

Время контакта

t = V/U, где

t — время контакта;

V — объём реактора;

U — объёмный расход реагентов измеренный при опрделённых условиях.

Время контакта можно выразить через мольный расход реагента.

Ba0 = Ca0 * U.

t = V * Ca0/Ba0.

Проточные реакторы отличаются различным характером перемещения в них вещества. По этому признаку непрерывные реакторы разделяют на реакторы идеального вытеснения и реакторы идеального смешения.

Реакторы идеального вытеснения.

Ректор идеального вытеснения представляет собой трубчатый реактор с большим отношением длины трубки к её диаметру. l/d >50, где

l — длина трубки;

d — диаметр трубки.

Гидродинамический режим в реакторе идеального вытеснения характеризуется тем, что любая частица потока движется только в направлении основного потока в реакторе, обратное перемещение отсутствует. Отсутствует так же перенос вещества по радиальному сечению так, как предполагается, что распределение вещества по радиальному сечению равномерное. Кадый элемент реакционной массы движется по длине реактора не смешиваясь с предыдущими и последующими элементами объёма и ведёт себя как поршень в циллиндре, вытесняя всё, что находится перед ним. Состав реакционного объёма последовательно изменяется по длине реактора, в следствие протекания химической реакции. Следствием такого режима движения реакционной массы является то, что время пребывания каждой частицы в реакторе одно и то же.\

Процесс протекающий в элементарном объёме dV.

Baприх = UCa0(1-xa)

Baрасх = UCa0 * [1 – (xa + dxa)] + wa Dv

UCa0 * (1-xa) = Uca0[1 – (xa + dxa)] + wa dV

UCa dxa = wa dV/

0 – V

0 — xa.

Интеграл от 0 до V dV/U = интеграл от 0 до xa Ca0 * dxa/wa

t = V/U = Ca0 * интеграл от 0 до xa dxa/wa.

Для получения математического описания реактора идеального вытеснения использут уравнения материального балланса в дифференциальной форме.

Уравнение упрощают так, как в реакторе идеального вытеснения реагенты движутся только в одном направлении. Выбираем направление оси х за направление движения потока реагента.

- w0 dca/dx = -wdca/dl

- wy dca/dy = 0

-wz dca/dz = 0

w(омега) — линейная скорость движения реакционной смеси в реакторе;

l — длина пути пройденного элементом объёма реакционной смеси в реакторе.

Сумма вторых производных = 0 так, как отсутствует радиальное перемешивание и смешение соседних объёмов реакционной смеси.

D(d^2 Ca/dx^2 + d^2 Ca/dy^2 + d^2 Ca/dz^2)

-dCa/dt = -wdCa/dl + wa

Это выражение является математическим описанием движения потока в реакторе непрерывного действия в нестационарном режиме, тоесть в таком, когда парметры меняются не только по длине реактора, но и непсотоянны во времяни. Такой режим характерен для периодов пуска и остановки реакторов.

Величина -dca/dt характеризует накопление компонента А в данной точке.

Накопление зависит от конвективного переновса веществва в данной точкк5 реактора, расхода вещества нра химическую реакцию. В стационарном режиме, параметры вещества в данной точке не меняются во времяни.

-dCa/dl = -wa.

Это математическое описание реактора идеального вытеснения работающего, в стационарном режиме.

Из уравнения видно, что в стационарном режиме, изменения массового потока вещества А в данной точке реактора равно скорости расходования А по химической реакции.

Характеристическое уравнение аналогично уравнению полученному для реактора идеального смешения периодического действия, но для РИС-Т, t — есть время протекания реакции от загрузки сырья до выгрузки продукта, а в данно случае — это время, в течении которого, реакционая смесь проходит через реактор отвхода в реактор, до выхода из него, при усвловии, что реакция идёт без измененеия объёма.

T = Ca0 * интеграл от 0 до xa dxa/(к Ca0^p * (1-xa)^p)

P = 0 t = Ca0 xa/к.

P = 1 t = 1/к * ln(1/(1/xa)).

P = 2 t = 1/КCa0 * xa/(1 – xa0).

Для реакций более высокого порядка, целесообразно использовать метод графического интегрирования. Для этого строят график зависимости 1/wa от xa, полностью аналогичный график есть выше.

T = Ca0 * S.

Вывод характеристического уравнения реактора идеального вытеснения для реакций идущих с изменением объёма.