Реакторы с неидеальной структурой потока
В реальных реакторах гидродинамическая обстановка по ряду причин отличается от идеальных моделей на пример в реакторах смешения существуют: а) байпасные потоки приводящие к тому, что часть сырья выходит из реактора не вступив в химическое взаимодействие. Б) имеются застойные зоны в которых часть сырья или продукта задерживается на длительное время и сокращает рабочий объем реактора. В) возникают зоны циркуляций в которых часть потока находится дольше чем показывает теоретический расчет.
В
лияние
застойных зон и зон циркуляций тем
больше чем, выше вязкость обрабатываемой
среды. В результате время смешения в
реакторе не равно нулю, а значительно
больше на пример для расплава полимера
время гомогенизации с эффективностью
0.87-0.98 составляет 15-30 минут
РИС-Н
Концентрация сырья в начале и конце реактора разная поэтому существует молекулярная диффузия переносящая поток от начала реактора к концу.
Разные слои потоков движутся вдоль реактора с разной скоростью максимальной в центре и минимальной у стенки, что связано с проявлением вязких свойств среды, это значит, что частицы находящиеся в центре потока пребывают в реакторе меньше чем те, которые у стенки при турбулентном движении среды в аппарате разброс пребывания меньше чем в ламинарном режиме, это явление получило название Тейлоровской диффузии. Связанно с наличием в потоке скоростей отдельных частиц направленных в разные стороны по потоку, против, стеках, под стенкой, это приводит к дополнительному смешению соседних объемов. В результате перечисленных причин честь реагентов находится в аппарате дольше, а часть меньше чем в по теоретической модели. Отклонение реальных реакторов от идеальных моделей приводит к тому, что время реакции рассчитанное по этим моделям не соответствует действительности, в расчет необходимо вводить поправку определяемую экспериментально, либо разрабатывать модели описывающие реальные реакторы.
Модели реальных реакторов
При создании таких моделей идут двумя путями, либо заменяют реальный реактор комбинацией идеальных моделей, либо создают специальную модель учитывающую явление диффузионного переноса в аппарате
Ячеичная модель реактора
Представляет собой
каскад реакторов смешения состоящий
из n отдельных ячеек,
каждая ячейка РИС-Н в каждой ячейке
выполняется условие
если число ячеек n равно
единице, то получаем модель РИС-Н, если
количество ячеек т бесконечно, то модель
превращается в модель РИВ ячеечная
модель легко рассчитывается
граф-аналитическим методом, реальный
реактор смешения описывается n=3-5.
Реальный реактор вытеснения описывается
моделью с числом ячеек n=10-20
Диффузионные модели
Такие модели включают
в себя параметры учитывающие протекание
продольной (однопараметрическая модель)
и радиальной (двупараметрическая модель)
диффузии. Модели представляют собой
уравнение дифференциальной формы
Dl – коэффициент продольной диффузии
Dr коэффициент радиальной диффузии
Уравнения интегрируют и решают относительно времени, решение сложное , требует специальных средств параметры модели Dl, Dr определяют экспериментально поэтому на практике шире распространена ячеичная модель идеального реактора для определения влияния различных параметров на режимы работы аппарата используют критерий Модульштейна он же критерий при больших значениях длины реактора и скорости потока режим движения приближается к турбулентному и реактор ведет себя как модель идеального вытеснения, если скорость потока низкая, а коэффициент диффузии высок, получается модель идеального смешения