Реакторы идеального вытеснения.

РИВ-н – реакторы непрерывного действия, в которых осуществляется ламинарный гидродинамический режим. Реакторами идеального вытеснения обычно служат трубчатые аппараты или колонны, длина или высота которых значительно превосходит диаметр. Реактор может иметь горизонтальную, вертикальную или наклонную форму, форму змеевика и т.п.

Достоинство аппаратов идеального вытеснения – отсутствие возможности непосредственного попадания исходных реагентов в выводимую реакционную смесь. Недостатком является трудность достижения хорошего перемешивания в каждой из последовательных зон аппарата. Для преодоления этого недостатка стремятся проводить процесс при высокой скорости, что способствует турбулизации потока. Нередко аппараты снабжают различными устройствами или насадкой, которые способствуют перемешиванию в сечениях без нарушения общего принципа вытеснения.

В РИВ температура по длине реактора изменяется, что соответственно ведет к изменению константы скорости реакции. При расчете РИВ температуру, константу скорости считают постоянными.

Все характеристики (концентрация, температура, степень превращения) изменяются плавно по объему реактора. Параметры процесса непостоянны во времени и по высоте трубы.

1)изменение концентрации реагентов;

2)изменение скорости реакции;

3)изменение степени превращения.

В РИВ движущая сила процесса и скорость изменяются по длине реактора, причем отклонение средней движущей силы от постоянного значения является максимальным. Т.е. для простой необратимой реакции, протекающей без изменения объема при постоянной температуре, по мере протекания реакции по длине или высоте реактора или по времени пребывания в реакторе:

1.уменьшается концентрация вещества А (от С­_А0 до С_А);

2.снижается скорость реакции;

3.увеличивается степень превращения.

Применение реакторов идеального вытеснения более удобно для процессов с твердыми катализаторами, как жидкофазных, так и особенно газофазных.

Реакторы идеального полного смешения (рис-н).

РИС – реактор непрерывного действия, в котором осуществляется режим гидродинамического действия. Достоинством этих аппаратов является хорошее перемешивание реагентов. Недостатком при их непрерывной работе, т.е. при непрерывной подаче исходных веществ и непрерывном выводе реакционной смеси, является прямое попадание части молекул исходных веществ в выводимую реакционную смесь без их достаточно длительного пребывания в реакционной зоне. Другим недостатком является невозможность при непрерывной работе осуществить начальную стадию реакции, используя исходные реагенты высокой концентрации, так как они почти сразу оказываются разбавленными продуктами реакции.

Во время его работы соблюдается стационарный режим, т.е. постоянство характеристик во времени. Нестационарный режим наблюдается во время пуска и остановки. В РИС-н перемешивающие устройства работают так интенсивно, что попадающие в реактор потоки реагента равномерно и мгновенно перемешиваются по объему всего реактора. В результате чего выравниваются параметры, которые характеризуют процесс.

Характеристические графики РИС-н во времени и объеме реактора.

С_А0, С_А – начальная и конечная концентрации реагентов в реакторе.

W_A0, W_A – начальная и конечная скорости процесса в реакторе.

В РИС-н все параметры, движущая сила и скорость процесса постоянны по объему реактора (т.е. во времени), отклонение средней движущей силы от постоянного значения равно нулю. И т.к. параметры процесса постоянны по всему объему реактора, материальный баланс составляется на весь объем раствора.

Аппараты почти идеального смешения пригодны для жидкофазных процессов, особенно при использовании жидкого или растворимого катализатора. Их часто применяют в процессах периодического типа. Также используют батареи из нескольких последовательно соединенных реакторов идеального смешения.