Замечания по выполнению работы.

1. Выбрать ключевые компоненты для заданного варианта задачи таким образом, чтобы уравнения материального баланса были независимыми.

2. Составить уравнения материального баланса по ключевым компонентам.

3. Зависимость концентраций реагентов на выходе реактора как функции времени пребывания находится путем расчета концентраций при различных  (время пребывания[минуты]) для интервала [03.0] минут с некоторым, достаточно малым шагом (например, 1 сек).

Реактор идеального смешения

Математическое описание реактора смешения можно получить, исходя из уравнений модели идеального смешения, если учесть скорость образования продуктов в реакционной зоне. Предполагая, что в процессе химического превращения число молей реагентов не изменяется, можно записать изменение концентрации в зависимости от времени (t):

(3.1)

где - скорость образования вещества, V - объем реактора, v - объемный расход компонентов, x_o.и x - начальная и текущая концентрации (мольные доли).

При наличии теплового эффекта реакции и теплообмена с внешним теплоносителем необходимо учесть изменение температуры в зоне реакции:

(3.2)

где c_p - теплоемкость реагирующей смеси, Т_o начальная температура реагентов на входе в реактор, Т - температура реагентов на выходе, Т_x - температура теплоносителя, Q - удельный тепловой эффект реакции, К_T -коэффициент теплопередачи, F - поверхность теплообмена.

Уравнения (3.1) и (3.2) представляют собой математическое описание реактора смешения в нестационарных условиях. При их совместном решении можно получить графики зависимости температуры и концентрации реагентов от времени в реакторе в нестационарных условиях.

Стационарные условия в реакторе можно описать, приняв в уравнениях (3.1) и (3.2) Тогда получим:

(x_o - x) +  = 0 (3.3)

(3.2)

где  = V/v - время пребывания реагентов в аппарате [минуты].

Предварительный расчет реакторов смешения заключается в определении оптимального, с точки зрения степени превращения, объема реактора или времени пребывания (при заданном расходе или заданном объеме). При этом необходимо, рассматривать вопрос о возможности использования каскада реакторов. Другой задачей, возникающей при расчете реакторов смешения, является определение концентрации веществ на выходе реактора для заданных концентраций компонентов на входе и времени пребывания. Если кинетика реакция линейная (реакции первого и псевдо первого порядка), то отношение (3.1) представляет собой систему линейных алгебраических уравнений, в результате решения которой будут получены концентрации реагентов на выходе.

Пример. Пусть для реакции вида:

_{1 2}

ABP протекающей в изотермическом реакторе идеального

³ смешения скорости отдельных стадий равны:

T r₁=k₁x_A; r₂=k₂x_B; r₃=k₃x_B; Для заданного объема V, расхода исходного потока v, и начальных концентраций x_i^o i=1,2,3,4 рассчитать концентрации на выходе из реактора

Решение. Для однозначного задания состава реагирующей смеси необходимо выбрать к-1 ключевой компонент (где к - число реагентов), например, А,В,Р. Концентрация компонента Т может быть выражена через концентрации этих компонентов. Скорости образования реагентов А, В, Р выражаются следующим образом:

_A = - k₁x_A;

_B = k₁x_A - k₂x_B - k₃x_B;

_P = k₂x_B;

Записав уравнение (3.1) для каждого из ключевых реагентов, получим систему уравнений вида:

x ^o_A = x_A(1+ k₁);

x ^o_B = - k₁x_A + x_B (1+ k₂ + k₃)

x ^o_P = - k₂x_B + x _P

Таким образом, значения x_A, x_B, x_P могут быть определены решением данной системы линейных алгебраических уравнений.