
- •1.Основные понятия и определения химической технологии.
- •2.Показатели химического производства и хтп.
- •3.Технологическая классификация химико-технологических процессов.
- •4.Стехиометрия хим-их превращений.
- •5.Материальный и энергетический баланс.
- •6.Химическая кинетика.
- •Зависимость скорости хим-их р-ий от концентрации реагентов. Кинетические уравнения.
- •7.Термодинамические характеристики хим-их реакций.
- •8.Равновесие хим-их р-ий.
- •9.Константа равновесия и энергия Гиббса.
- •10.Катализ в хим-ой технологии. Применение катализаторов в хим-ой технологии и механизм действия катализатора.
- •11.Технологическая характеристика твердого катализатора.
- •12.Особенности кинетических гетерогенно-каталитических процессов.
- •13.Приготовление твердых кат-ов.
- •14.Новые направления в катализе.
- •15.Промышленные химические реакторы.
- •16.Реактор идеального вытеснения.
- •17.Реактор идеального смешения(рис)
- •18.Каскад реакторов.
- •19.Реакторы гомогенных процессов.
- •20.Реакторы для гетерогенных некаталитических процессов.
- •21.Реакторы для некаталитических гетерогенных процессов.Система газ – твердое вещество.
- •22. Реакторы для некаталитических гетерогенных процессов.Система жидкость – твердое вещество.
- •23. Температурный режим реакторов.
- •24. Состав и структура хтс
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.
СА=СА0(1-ХА)
Время пребывания частиц в реакторе постоянна
τ=
=const;
=ч
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.
Gприх=СА∙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.