Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ОХТ 1.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
103.08 Кб
Скачать

16.Реактор идеального вытеснения.

РИВ – это реактор непрерывного действия, в котором осущ-ся ламинарный гидродинамический режим. Или обычно служат трубчатые реакторы или колонны, длина и высота которых значительно превышает диаметр. Реактор может иметь горизонтальную, вертикальную или наклонную форму, а также форму змеевика.

Достоинство аппарата ИВ – это отсутствие возможности непосредственного попадания исходных реагентов, выводимую реакционную смесь. Недостатком же яв-ся трудность достижения хорошего перемешивания в каждой из последовательно зон аппарата. Для преодоления этого недостатка стремятся проводить процесс при высоком скорости, что способствует турбулизации потока.

Также возможно снабжения реакторов различными устройствами или насадками, которые способствуют к перемешиванию в сечении без нарушения общего принципа вытеснения.

В РИВ температура по длине реактора изменяется, что приводит к изменению константы скорости р-ии, поэтому при расчете РИВ температура и константа считают постоянными.

Внешний поток реагентов движется в одном заданном направлении, не перемешиваясь и вытесняя подобно поршню, находящиеся впереди частицы потока.

САА0(1-ХА)

Время пребывания частиц в реакторе постоянна

τ= =const;

все характеристики это концентрация, температура, степень превращения в-ва изменяются плавно по объему реактора; параметры процесса непостоянны во времени и по высоте трубы.

1)изменение конц-ции реагентов

2)изменение скорости р-ии

3)изменение степени превращения

В РИВ движущая сила процесса и скорость р-ии изменяются по длине реактора. Причем отклонение средней движущей силы от постоянного значения яв-ся максимальными. Пусть протекает простая необратимая р-ия в реакторе без изменения объема:

Gприх.=Gрасх. – уравнение мат.баланса

Gрасх.=Gнепрореаг.ч.+Gпрореаг.ч.

GприхА∙ν= СА0(1-ХА)∙ν, где ν – объемный расход.

Gрасх.= СА0[1-(ХА+dXA)] ν

Gх.р.=WA∙dV

СА0(1-ХА)∙ν= СА0[1-(ХА+dXA)] ν+ WA∙dV

СА0∙ν- СА0∙ ХА∙ν= СА0∙ν- СА0∙ ХА∙ν- СА0∙ dXA∙ν+ WA∙dV

СА0∙ dXA= - уравнение мат.баланса элементарного объема реактора РИВ.

Уравнение мат.баланса для всего реактора получаем после разделения переменных и интегрирования:

= ∫ СА0 → τ= = СА0 - где ХА – степень превращения на входе в элементарный объем

Данное уравнение позволяет определить время пребывания реагента для достижения заданной степени превращения, а затем и размеров реактора.

Для р-ии n-го порядка:

WA=k∙ =k∙ (1- ХА) → τ= = СА0∫ = СА0 = = =

Применение реакторов идеального вытеснения наиболее удобно для жидкофазных и газофазных р-ий с применением твердого кат-ра.

17.Реактор идеального смешения(рис)

РИС – это реактор непрерывного действия в котором осущ-ся режим гидродинамического действия. Достоинствами этих аппаратов яв-ся хорошее перемешивание реагентов. Недостатком при их непрерывной работе, т.е. при непрерывной подаче исходных реагентов и непрерывном выводе реакц-ой массы яв-ся прямое попадание частиц молекул исходных в-в в выводимую реакц-ую массу при недостаточном пребывании их в реакц-ой зоне.

Другим недостатком яв-ся невозможность при непрерывной работе осуществить начальную стадию р-ции, поскольку исходные реагенты почти сразу оказываются разбавленными продуктами р-ции.

Во время работы реактора осущ-ся стационарный режим, т.е. постоянство характеристик во времени. Нестационарный режим наблюдается только во время пуска и остановки.

В РИС перемешивающее устр-во работает так интенсивно, что попадающие в реактор потоки реагента равномерно и мгновенно распределяются по всему объему реактора. В результате этого выравнив-ся все параметры, которые характеризуют процесс.

и -начальная и конечная конц-ция реагентов в реакторе; и – начальная и конечная скорость процесса в реакторе.

В реакторе РИС все параметры, движущая сила и скорость процесса постоянны по объему реактора. Отклонение средней движущей силы от постоянного значения равно нулю и т.к. параметры процесса постоянны по всему объему реактора мат.баланс составл-ся на весь объем.

Пусть в реакторе протекает простая необратимая р-ция.

∙ν= ∙ν+ ∙V

Т.к. = ∙(1- ), выразим

∙ν= ∙(1- )ν+ ∙V

= [ = ]

Можно рассчитать только , т.к. 0< <∞

∙ν= ∙ν- ∙ ν+ ∙V

∙ ν= ∙V → τ= = - характеристическое уравнение для РИС

Т.к. = → τ= =

Это уравнение позволяет, если известны кинетика процесса рассчитать время, которое необходимо для достижения требуемой степени превращения.

Для р-ии n-го порядка:

=k∙ =k∙ ∙(1- )n

τn= = =

для необратимой р-ии нулевого порядка:

τ0= = =

для р-ии первого порядка:

τ1= ==

для реакции второго порядка:

τ2= =

РИС пригодно для жидкофазных процессов особенно при использовании жидкого или растворимого кат-ра. Их часто используют в процессах периодического типа, также используют каскад из нескольких последовательно-соединенных реакторов идеального смешения.

Реактор периодического действия (РИС-п)

Это реактор, в которой единовременно загружаются реагенты для чего требуется определенное время τ1. Затем протекает хим-ая р-ия во время которой возрастает степень превращения реагента, потом идет выгрузка готового продукта. В реакторе имеются перемешивающие устр-ва и поэтому если рассматривать конц-ию в объеме реактора в каждый момент времени, то она будет одинаковая. Но в то же время конц-ия уменьшается во времени, также как в РИВ, поэтому время протекания хим-ой р-ии будет таким же как в РИВ.

Данное характеристическое уравнение позволяет определить время необходимое для достижения заданной степени превращения. В таком реакторе производительность меньше, чем в реакторе вытеснения, а скорость протекания р-ии будет выше, чем в реакторе смешения непрерывного действия благодаря высокой конц-ции реагента.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]