Модель рив (реактора идеального вытеснения)

Реакторы вытеснения – трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала. В трубчатых реакторах перемещение имеет локальный характер и вызывается неравномерностью распределения скорости потока и ее флуктуациями, а также завихрениями. Реакторы вытеснения бывают двух видов: идеального и полного вытеснения, более подробно рассмотрим реактор идеального вытеснения.

Идеальное вытеснение предполагает, что любое количество реагентов и продуктов через реактор перемещается как твердый поршень, и по длине реактора (в пространстве) в соответствии с особенностями реакции и сопровождающих ее физических явлений устанавливается определенное распределение концентраций участников реакции, температуры и других параметров. К реакторам идеального вытеснения относятся те аппараты, в которых отсутствует радиальное и продольное перемешивание.

Реактор представляет собой длинный канал, через который реакционная смесь движется в поршневом режиме. Изменение концентрации происходит по длине. Выделим элементарный объем dV, для которого считается материальный баланс, где ZNA-концентрация ключевого реагента.

Адиабатическим РИВ называется реактор, работающий без подвода и отвода теплоты в окружающую среду через стенки реактора или при помощи теплообменных элементов. Вся выделяемая (поглощаемая) теплота аккумулируется реакционной смесью.

Материальный баланс

[кг/c]=[(м³/с)∙(м³/кмоль)∙(кг/кмоль)]

- расход

-массовый расход химической реакции

[кг/с]=[(кмоль/м³∙с)∙(м³)∙(кг/кмоль)

-массовый расход на убыль

- объем реактора

[м³]=[(м³/c)∙(c)]

;

Получаем уравнение материального баланса для реактора, работающего в режиме идеального вытеснения:

.

Время пребывания реакционной смеси в реакторе для получения заданной степени превращения x.

- характеристическое уравнение РИВ.

Тепловой баланс

-теплота физического прихода,

где Cp-теплоемкость. [кДж/с]=[(м³/c)∙(кДж/м³/град)∙(град)]

- теплота физического расхода.

[кДж/с]=[(м³/c)∙(кДж/м³/град)∙(град)]

- теплота химической реакции.

[кДж/c]=[(кмоль/м³∙c)∙(кДж/кмоль)∙(м³)]

теплота теплообменника,

[кДж/c]=[(кДж/м²∙град∙с)∙м² ·град)

где К-коэффициент теплопередачи, F – площадь теплообмена.

Приход:

Расход:

Н2=

По закону сохранения энергии Н1=Н2:

В адиабатическом режиме теплообмен с окружающей средой отсутствует:

Где на сколько градусов изменится температура реакционной смеси, если степень превращения будет равна 1, то есть если ключевой реагент прореагирует полностью.

Модель рпс (реактора полного смешения)

Реакторы смешения – это емкостные аппараты с перемешиванием механической мешалкой или циркуляционным насосом. Реактор полного смешения характеризуется тем, что любой элемент объема реагирующей смеси мгновенно перемешивается со всей средой, содержащейся в реакторе, так как скорость циркуляционных движений по сечению и оси аппарата во много раз больше, чем линейная скорость по оси.

Адиабатическим РПС называется реактор, работающий без подвода и отвода теплоты в окружающую среду через стенки реактора или при помощи теплообменных элементов, в котором температура в любой момент времени постоянна во всём объема. То есть адиабатический РПС одновременно является и изотермическим.