4.1. Удельная производительность при расчете реакторов

Производительность− съем целевого продукта в единицу времени с единицы реакционного пространства.

Удельная, так как снимает с единицы объема.

А- ключевой реагент по которому ведется расчет;

В- целевой продукт, производительность которого необходимо найти.

G_B –производительность целевого продукта.

; интегральная характеристика, сколько в целом.

;

;

= ;

Если в условиях задачи можно рассчитать через τ_усл, то берем выражение для τ_усл, переворачиваем, подставляем

; τ_усл^-1;

;

; (***)

;

;

;

;

; (**)

Подставим уравнение (**) в уравнение (***), получим формулу для расчета производительность РИВа:

;

Для РИСа вывод формулы, точно такой же , только выражение для другое:

;

; ;

= ;

;

= ;

Формула для расчета производительности РИС:

=

Влияние параметров процесса на удельную производительность

На удельную производительность , как видно из выводов влияет тип реактора. Кроме того на нее влияет параметры процесса, а именно:

1. Начальные концентрации или парциальные давления компонентов;

2. Мольные соотношения реагентов;

3. Степень конверсии;

4. Температура;

1) Начальные концентрации или парциальные давления компонентов;

;

;

Уравнение для расчета производительности РИС

Эта формула будет определяться порядком реакции.

Нулевой порядок:

; =

;

График нулевого порядка проходит параллельно оси ОХ.

Первый порядок:

;

;

;

Прямая вида у=кх.

Второй порядок:

[ ;

= [ ∙k ;

Уравнение вида у = кх² , парабола.

В случае газов Закон действующих масс запишется через парциальное давление, зависимости примерно такие же.

2) Мольные соотношения реагентов рив;

;

Нулевой порядок:

; =

= ;

Первый порядок:

;

;

= = ;

Второй порядок:

= ; ;

3) Мольные соотношения реагентов рис;

∙| A+Y→….

;

; ; ;

Пок-ль/вещество	А	У
τ=0
τ=τр-ии
Израсх/образовалось
ν

(1- ;

;

разделим и умножим на

; Прямая выходит не из начала координат.

3) Мольные соотношения реагентов РИВ;

;

;

Будем считать, что стехиометрическое отношение равно 1, значит

;

= ;

;

Чем больше мольное соотношение реагентов, тем выше производительность.

4) Зависимость Т через константу скорости

Температура влияет на константу скорости, которая для РИВа и для РИСа находится в числителе, поэтому для реакций с простым механизмом наблюдается рост производительности с ростом температуры, а в случае сложных механизмов реакций, зависимость будет более сложной( см график зависимости от Т ( 6 графиков).

5) Зависимость от степени конверсии РИС

∙| ;

Нулевой порядок:

=k; ∙k; График параллельно оси ОХ

Первый порядок:

∙k(1- -прямая, которая идет в убывание

Для РИС ( реакция первого порядка) производительность падает до нуля.

Второй порядок:

∙k(1- -парабола.

5) Зависимость от степени конверсии РИВ

Для РИВ нулевой порядок такой же как и для РИС.

Первый порядок:

∙ ;

Второй порядок:

; прямая

Для всех реакторов идут убывающие зависимости при приближении , .

Пример 13. Сравнить удельную производительность реакторов РИВ и РИС при условии, что в них протекает гомогенная реакция А+У→В+Z, до степени превращения =0.5, известно, что начальные концентрации реагентов равны концентрации продуктов на выходе из реакторов одинаковых степенях превращения =0.5.

Решение: ;

;

∙ = ∙ ;

; А+У→В+Z;

;

;

Параметр/реагент	А	У
τ=
Израсх/образовалось
ν	-1	-1

= = = = = = G_BРИВ;

;

Пример 14. Сравнить удельную производительность каскада реакторов РИС с одним РИВ для гомогенной реакции первого порядка. Степень конверсии , А→В.

Решение. Поскольку объем ячеек каскада одинаковый, значит в каждом реакторе время одинаковое. Распишем уравнение скорости первого порядка:

,

реактор безынтегральный, характеристическое уравнение имеет следующий вид.

;

Необходимо прописать характеристическое уравнение для каждого реактора каскада.