Реактори ідеального змішування безперервної дії (різ-б)

Реактор типу РІЗ-Б належить до відкритих систем, в яких введення вихідних реагентів і виведення продуктів здійснюється безперервно. Такі реактори належать до проточних апаратів. У РІЗ-Б відбувається різка зміна концентрації реаґенту, який вводиться в реактор, унаслідок миттєвого і повного змішування його з реакційною сумішшю, що вже знаходиться в реакторі і має концентрацію, нижчу, ніж на вході. При цьому концентрація реаґенту вирівнюється в об’ємі реактора (рис. 3.8,а), а рушійна сила процесу хімічної взаємодії (різниця концентрацій) різко зменшується. Відповідно, реакція відбувається лише у момент, коли вводиться свіжий реаґент, і дуже швидко припиняється внаслідок вирівнювання концентрацій реагентів (рис.3.8,б). Це призводить до того, що ступінь перетворення у РІЗ-Б є невисоким. Характер зміни ступеня перетворення є схожим, але оберненим до зміни концентрації реаґенту та швидкості реакції (рис.3.8,в).

Завдяки постійному введенню свіжого реаґенту та інтенсивному перемі­шуванню в усьому об’ємі реактора дуже швидко встановлюється однакова концентрація реаґентів та продуктів, швидкість реакції та ступінь перетворення (рис. 3.9). Ці значення зберігаються протягом усієї тривалості роботи реактора за умови, якщо технологічні параметри роботи реактора є сталими.

Отже, модель РІЗ-Б у цілому є безградієнтною - градієнт (різниця) параметрів стану і властивостей (С_А, и_А, л^) реакційного потоку в усьому реакційному об’ємі в будь-який момент часу відсутній. Тому робота такого реактора відбувається у стаціонарному режимі.

Як і в попередніх випадках (для реакторів РІВ і РІЗ-П), початкова концентрація реагентів не впливає на тривалість їх перебування у реакторі, яка необхідна для досягнення заданого ступеня перетворення.

Час т, одержаний із характеристичного рівняння, є усередненим значенням реального часу можливого перебування частинок реаґенту в реакторі. Дійсно, якщо у реактор одночасно вводять потік свіжого реаґенту й виводять потік із продуктом, то в останній буде потрапляти і виводитись з реактора частина реаґенту, який щойно ввійшов. З іншого боку, певна кількість частинок реаґенту може знаходитись у реакторі нескінченно довга Тобто дійсна тривалість перебування частинок реаґенту може змінюватись від 0 до Тому час перебування реаґентів у реакторі розглядають як тривалість оновлення вмісту проточного реактора Цей час зв’язаний з конструктивними характеристиками реактора - його об’ємом і об’ємною витратою реакційної суміші, співвідношенням т = У/ІІ_А.

Каскад реакторів ідеального змішування безперервної дії (кріз-б)

Суттєвим недоліком одиничного РІЗ-Б є низький ступінь перетворення. Для його збільшення необхідно забезпечити більшу тривалість перебування реаґентів у реакторі, а з цим зв’язана необхідність застосування реакторів великих об’ємів. Тому збільшити цей час можна використовуючи декілька однакових послідовно з’єднаних між собою РІЗ-Б, які утворюють каскад КРІЗ-Б (рис.3.10).

При внесенні реаґенту матеріальним потоком у кожен наступний реактор виникає деякий градієнт концентрацій, який миттєво прямує до нуля внаслідок перебігу хімічної реакції. При цьому досягається певний ступінь перетворення вихідного реаґенту. Очевидно, що у кожному наступному реакторі каскаду рушійна сила процесу є меншою, ніж у попередньому, бо концентрація реаґенту

зменшується, тому приріст ступеня перетворення у кожному наступному реакторі буде відповідно меншим. Але завдяки тому, що реакторів у каскаді є декілька, сумарна рушійна сила процесу є більшою, ніж в одиничному РІЗ-Б такого самого об’єму. Отже, сумарний ступінь перетворення в КРІЗ-Б є вищим. Кількість реакторів у каскаді, яке необхідне для досягнення заданого ступеня перетворення, можна визначити алгебраїчним або графічним способами. Алгебраїчний спосіб застосовують для розрахунку КРІЗ-Б у випадку перебігу в ньому реакцій першого порядку. Цей спосіб базується на складанні матеріального балансу для кожного реактора (ступеня) каскаду.