37. Основные характеристики потоков и их влияние на хтп

Степень перемешивания реагирующих масс в реакторах непосредственно влияет на режим их работы. Полное смешение обеспечивает постоянство параметров, в частности температуры во всём реакционном объёме, а при идеальном вытеснении температура, как правило, изменяется по высоте реакционного объёма. В результате в реакторах вытеснения меняется константа скорости реакции и соответственно скорости процесса. При сравнении моделей идеальных реакторов вытеснения и смешения условно принято постоянство температуры и соответственно константы скорости реакции для всех типов реакторов, затем рассмотрено влияние температуры.

В реакторе ИВ все частицы движутся в заданном направлении, не перемешиваясь с движущимися впереди и сзади и полностью вытесняя подобно поршню находящиеся впереди частицы потока. Время пребывания всех частиц в аппаратах ИВ одинаково, т.е. временной характеристикой реакторов ИВ служит уравнение: τ´=τ=υ/V_с,

где τ´ - время пребывания в реакторе любой частици, τ –среднее время пребывания частиц.

По длине реактора плавно изменяются концентрации реагентов и, в соответствии с этим, изменяется скорость реакции. Так, для простейшей необратимой реакции А→Д, протекающей без изменения объёма при постоянстве температуры по мере протекания реакции по длине (высоте) аппарата или, что то же, по времени его пребывания в реакторе уменьшается концентрация вещества А от с_А0 до с_А (рис 1а), увеличивается степень превращения (рис 1б) и снижается скорость реакции (рис 1в) А→Д

Реальные реакторы всегда работают при режимах неполного перемешивания, но в некоторых производственных реакторах степень перемешивания столь незначительна, что для технологических расчётов можно применять модель ИВ (трубчатые контактные аппараты с катализатором в трубах или в межтрубном пространстве, полочные контактные аппараты с фильтрующими слоями катализатора (по газовой фазе), шахтные печи, конверторы)

Проточный реактор смешения представляет собой аппарат, в котором интенсивно перемешиваются реагенты, например при помощи мешалки. В него непрерывно подаются реагенты и непрерывно выводятся продукты реакции (рис.27)

Поступающие в такой реактор частицы вещества мгновенно смешиваются с находящимися в нем частицами, т.е. равномерно распределяются в объёме аппарата. В результате во всех точках реакционного объёма мгновенно выравниваются параметры, характеризующие процесс: концентрации, степени превращения, скорости реакции, температуры и т.д. Среднее время пребывания частицы в реакционном объёме τ для аппаратов смешения может быть рассчитано по уравнению τ=Н/ω, но время пребывания какой-либо одиночной частицы может в принципе колебаться от τ´=0 до τ´=∞

Модель смешения применяют, прежде всего, при моделировании жидкостных реакторов с перемешивающими устройствами, а также для технических расчётов в системе газ – жидкость с интенсивным разбрызгиванием жидкости потоком газа, а также в пенных аппаратах небольших размеров. К режиму смешения по твёрдой фазе относят реакторы с кипящим слоем твердого зернистого материала: печи, контактные аппараты небольших размеров.