- •2. Химическая технология и защита окружающей среды
- •3. Основные направления в развитии химической промышленности.
- •4. Хтп и их классификация
- •5. Уровни анализа, описания и расчета хтп.
- •6. Основные показатели хтп: степень превращения, выход продукта
- •7. Расходные коэф-ты. Избирательность хтп (φ)
- •Скорость хтп. Способы увеличения скорости
- •9. Материальный баланс процесса.
- •10. Тепловой баланс процесса.
- •11. Задачи термодинамического анализа
- •12. Равновесие Принцип Ле-Шателье и его применение в хт. Равновесная степень превращения
- •13.Константа равновесия и способы ее выражения
- •14. Влияние температуры на константу равновесия, ее расчет
- •15.Общая характеристика гомогенных хтп
- •16. Влияние концентраций реагентов на скорость гомогенных процессов и степень превращения
- •Основное кинетическое уравнение:
- •17. Влияние концентрации реагентов на избирательность гомогенных хтп.
- •18. Температура как фактор повышения скорости процесса и управления выходом продукта реакции (необратимые, обратимые, экзо- и эндотермические реакции)
- •19. Влияние температуры на скорость, избирательность процесса и выход продукта при протекании сложных реакций
- •20. Влияние давления на скорость газофазных реакций
- •1 Влияние давления на скорость необратимых процессов
- •2 Влияние давления на скорость обратимых процессов
- •21. Характер изменения основных параметров хтп во времени
- •22. Принципы расчета оптимальных параметров проведения процессов
- •23. Применение катализаторов в гомогенных системах (гомогенный катализ)
- •24. Общая характеристика гетерогенных хтп.
- •25. Процессы протекающие во внешнедиффузионной области.
- •26. Внутредиффузионная область протекания процессов.
- •27. Кинетическая область протекания процессов.
- •28. Основные методы изготовления и требования к катализаторам.
- •29. Особенности протекания каталитических процессов. Гетерогенные каталитические процессы.
- •Области протекания гетерогенных каталитических процессов.
- •Влияние этих торможений на избирательность Кт.
- •Влияние внутридиффузионных торможений на кинетику процесса.
- •30. Переходные области протекания гетерогенного хтп.
- •31. Моделирование хтп. Общие понятия.
- •37. Основные характеристики потоков и их влияние на хтп
- •38. Протекание хтп в потоке идеального вытеснения (ив)
- •39. Температурные режимы протекания хтп.
- •40. Протекание хтп в потоке полного (идеального) смешения.
- •4 0.1. Технологические расчеты.
- •40.2. Закономерность хтп без теплообмена.
- •41. Теплообмен с окружающей средой как фактор интенсификации хтп в потоке.
- •42. Секционирование реакционной зоны потока смешения.
- •42.1. Методы расчета каскада реакционных зон.
- •43. Сопоставление протекания хтп в различных идеальных потоках.
- •43.1. Процессы без тепловых эффектов ( при изотермическом температурном режиме).
- •43.2. Процессы с большими тепловыми эффектами.
- •43.3. Сравнение по избирательности.
- •44. Протекание хтп в неидеальных потоках.
- •45. Химические реакторы
- •45.1. Классификация
- •46. Основные требования к промышленным реакторам:
- •47. Отклонения реальных реакторов от идеализированных моделей
- •48. Реакторы для гомогенных процессов
- •49. Реакторы для проведения гетерогенных процессов в системе г — ж
- •50. Химико-технологические системы (хтс). Основные определение.
- •51. Моделирование химика-технологической системы
- •52. Организация химико-технологического процесса. Выбор схемы процесса
- •53. Основные условные обозначения технолог.Операторов. Основные способы отражения структуры хтс.
- •54. Технологическая схема хтс. Схемы с открытой цепью и циклические
- •55. Элементы анализа и синтеза хтс.
- •56. Основные типы связей.
- •59. Задачи, решаемые при исследовании хтс.
- •60. Сырьё в химической технологии. Комплексное использование сырья.
- •61. Методы очистки воды для производственных процессов. Очистка сточных вод. Замкнутые водооборотные циклы.
- •62. Очистка газообразных промышленных выбросов.
- •63. Обработка твердых отходов
- •64. Виды энергии, применяемые в химической промышленности. Использование тепла отходящих газов: регенераторы, рекуператоры, котлы-утилизаторы.
- •65. Методы обогащения твёрдых, жидких материалов и газов.
38. Протекание хтп в потоке идеального вытеснения (ив)
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/Vс,
где τ´ - время пребывания в реакторе любой частицы, 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 сА0 до сА (рис 1а), увеличивается степень превращения (рис 1б) и снижается скорость реакции (рис 1в)
На рисунке 2 показано изменение параметров процесса в элементарном объёме реактора вытеснения.
На входе в элементарный объём: время пребывания реагентов в реакторе τ, пройденный реагирующей массой объём реактора υ и высота Н.
После элементарного объёма: τ+dτ, υ+dυ, H+dH.
Перед элементарным объёмом: степень превращения ХА, количество продукта Д в смеси G0, концентрация его сД0, а концентрация исходного вещества сА0.
После элементарного объёма: ХА+dХА, G0+dG, сД0+dсД, сА0+dсА.
Скорость процесса можно выразить дифференциалами dX, dG, dсД, -dсА поdτ, dυ, dH (например dX/dτ, dX/dυ, dG/dH, dG/dτ, -dсА/dυ, -dсА/dτ и т.д.)
Если рассматривать процесс, протекающий в элементарном объёме dυ за время dτ, то приход реагентов в этом объёме может быть представлен как:
Gпр=VcA0(1-XA),
где V – количество вещества А в единицу времени, м3/с, сА0 – начальная концентрация основного исходного реагента кмоль/м3, ХА – степень превращения на входе в элементарный объём.
Убыль:
Gуб=VcA0[1-(XA+dXA)]
Количество исходного реагента, расходуемого на химическую реакцию:
GXp=uAdυ,
где uA – скорость реакции, отнесённая к единице объёма.
Таким образом, уравнение материального баланса для элементарного объёма реактора будет:
VcA0(1-XA)=VcA0[1-(XA+dXA)]+uAdυ, откуда
VcA0dXA=uAdυ
Для получения уравнения материального баланса всего реактора это уравнение должно быть проинтегрировано. После разделения переменных получим:
,
Это уравнение представляет собой характеристическое уравнение реактора ИВ. Если известна кинетика процесса, можно определить время пребывания реагентов в аппарате или размеры аппарата при заданных расходе реагентов и степени превращения или производительность реактора V/τ при заданных размере реактора и степени превращения и т.д. Связь между кинетическими параметрами реакции и показателями работы реактора может быть показана преобразованием последнего уравнения. Для необратимой реакции А→В:
Для необратимой реакции нулевого порядка это уравнение примет вид:
Для необратимой реакции первого порядка:
При реакциях более высоких порядков для определения времени пребывания реагентов в реакторе удобно использовать ЭВМ или графическое интегрирование (рис 24)
Если в реакторе ИВ протекает обратимая реакция: nA+mB↔dD
с константами скорости прямой и обратной реакций, равными k1 и k2, то то скорость её будет:
Исходя из этого:
Степень превращения в реакторе может изменяться от некоторой начальной ХА1 до конечной ХА2. Тогда характеристическое уравнение запишется в виде: .
При выводе предыдущих уравнений была принята реакция А→В, протекающая без изменения объёма. Если реакции протекают с изменением объёма, следует учитывать относительное изменение объёма системы βпри изменении степени превращения от 0 до 1: .
- объём реакционной смеси при ХА=1 и при ХА=0 соответственно (при n=4 β=(4-1)/1=3).
Концентрация реагентов для реакции, протекающей с изменением объёма, будет:
, и следовательно для необратимой реакции время пребывания в реакторе составит .
Для реакции нулевого порядка это уравнение примет вид уравнения, полученного ранее для такой реакции:
Для реакции первого порядка:
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).