загрузка...
загрузка...
На головну

Реактор ідеального змішування безперервної дії

  1. D. Наступні дії і оцінка
  2. D. Додаток 4 - Дії на човнах.
  3. II. ПРАВОВА ОСНОВА ПРОТИДІЇ КОРУПЦІЇ В РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ТА ЗА КОРДОНОМ
  4. II. Технологія індивідуального виховного взаємодії з дитиною
  5. II.3.3) Сила і простір дії законів.
  6. III. Технологія педагогічної взаємодії з батьками школярів
  7. Interaction diagram (діаграма взаємодії)

(Рис-Н)

Для отримання великої кількості продуктів однакової якості використовують РІС-Н. За визначенням РІС-Н, що працює в стаціонарних умовах, в рівнянні матеріального балансу (8.3) буде відсутній дифузний перенесення і накопичення речовини в реакторі.

Рівняння матеріального балансу РІС-Н, що працює в стаціонарному режимі:

 , (8.9)

де uz - Проекція швидкості на вісь z.

Уявімо це рівняння в кінцево-різницевої формі:

; ; ; ,

де А - площа «живого» перетину реактора;

 - Середній час перебування реагентів в проточному реакторі.

и  . (8.10)

Ці рівняння матеріального балансу можна використовувати не тільки для визначення середнього часу перебування  і потім розмірів реакційного простору при заданій глибині хімічного перетворення, але і для розв'язання оберненої задачі: при заданому обсязі реактора і заданої продуктивності по вихідній реагенту визначити концентрацію на виході з реактора.

Розглянемо просту необоротну реакцію першого порядку

и  . (8.11)

Найчастіше швидкість складних реакцій з нез'ясованим до кінця механізмом висловлюють у вигляді кінетичних рівнянь дробового порядку. В цьому випадку аналітичне рішення виявляється неможливим, і доводиться вдаватися до чисельних методів розрахунку:

 . (8.12)

Перетворимо рівняння:

 . (8.13)

Отримане рівняння складається з двох частин: зліва - кінетичне рівняння, яке можна визначити за законом діючих мас, а праворуч - рівняння прямої лінії, де кутовий коефіцієнт дорівнює (-1 /  ). Побудувавши криву і пряму в координатах WrA - CA, Отримаємо точку перетину М, яка дозволяє визначити концентрацію СА на виході з реактора (рисунок 8.11).

Малюнок 8.11 - Графічний метод визначення концентрації

реагенту на виході з РІС-Н


9 РЕАКТОР ідеального витіснення.

ПОРІВНЯННЯ проточною РЕАКТОРІВ

РІВ є довгий канал, через який реакційна суміш рухається в поршневому режимі. Кожен елемент потоку умовно виділяється двома площинами, перпендикулярними осі каналу, рухається через нього як твердий поршень, витісняючи попередні елементи потоку і не перемішуючись ні з попередніми, ні з наступними за ним елементами (малюнки 9.1, 9.2).

Ідеальне витіснення можливе при виконанні таких припущень:

- Рухомий потік має плоский профіль лінійних швидкостей;

- Відсутня обумовлене будь-якими причинами перемішування в напрямку осі потоку;

- В кожному окремо взятому перетині, перпендикулярному осі потоку, параметри процесу (концентрації, температури і т.д.) повністю вирівняні.

Слід зазначити, що строго ці припущення в реальних апаратах не виконуються. З гідравліки відомо, що навіть у дуже гладких каналах при русі потоку, що характеризується високими числами Рейнольдса, у стінок каналу існують так званий прикордонний, в'язкий подслой, в якому градієнт лінійної швидкості дуже великий. Максимально наблизитися до ідеального витіснення можна лише в розвиненому турбулентному режимі. Прикладами РИВ є абсорбери, десорбера, вежі з насадкою і збільшити обсяги виробництва.

Малюнок 9.1 - Схематичне зображення РИВ

Малюнок 9.2 - Розподіл уздовж осі реактора концентрації

вихідного реагенту в РІС-Н (1) і РІВ (2)

З визначення РИВ слід, що в реакторі відсутня дифузний перенесення:

(-UZ - WrJ ) = . (9.1)

Якщо реактор працює в стаціонарному режимі, то відсутня накопичення речовини в реакторі:

(-UZ - WrJ) = 0. (9.2)

Приймаємо V / n =  . Якщо площа «живого» перетину реактора постійна, то

UZ =  , (9.3)

де А - площа «живого» перетину.

Після перетворень і інтегрування отримуємо

-  - WrJ = 0. (9.4)

и  . (9.5)

Отримали вираження, аналогічні РІС-П (відмінність: для РІВ середнє час перебування частинок  , А для РІС-П - фізичний час  ).

В РІВ концентрація вище, ніж в РІС-Н, отже, більше швидкість хімічної реакції. Якщо умови проведення реакції  однакові, то можна порівняти ефективність РІВ і РІС-Н графічно.

;  ; (9.6)

;  . (9.7)

У координатах и

 площа під криволінійної трапецією;

 площа прямокутника (рисунок 9.3).

Малюнок 9.3 - Графічне порівняння проточних реакторів

ідеального змішування і витіснення як площ

геометричних фігур

На практиці не завжди прагнуть до підтримки більш високих концентрацій вихідних реагентів (тобто малому обсягу реактора). При проведенні паралельних реакцій різного порядку в тому випадку, якщо порядок цільової реакції менше порядку побічну реакцію (n1 2), При низьких концентраціях вихідних реагентів забезпечуються більш високі значення диференціальної селективності.

Порівняємо РІС-Н та РІВ при проведенні паралельних реакцій різного порядку по виходу цільового продукту.

и  . (9.8)

допущення: ; ;  ; V = const; ;  порядок цільової реакції; порядок побічну реакцію.

Для зручності подальшого розгляду представимо систему стехиометрических рівнянь (9.8) в еквівалентному вигляді:

и .

Вихід цільового продукту визначимо за формулою

 . (9.9)

Досягається на виході з реактора концентрація СR буде визначатися, з одного боку, обраним типом реактора, а з іншого - кінетичними особливостями реакцій, які можуть бути враховані через диференціальну селективність:

 . (9.10)

Проинтегрируем диференціальне рівняння і отримаємо залежність концентрації СR від диференціальної селективності

 . (9.11)

Підставами значення СR в рівняння виходу продукту (9.9)

 . (9.12)

Диференціальна селективність  , Що стоїть під знаком інтеграла, є в загальному випадку спадної або зростаючій функцією концентрації вихідного реагенту А.

За визначенням РІС-Н СА= Const, отже,

 , (9.13)

а для РІВ концентрація СА змінюється:

 . (9.14)

У координатах -  вихід продукту в РІС-Н представляє площа прямокутника, а в РІВ - площа під криволінійної трапецією. Співвідношення між цими площами залежить від характеру функції (  ) (Рисунок 9.4).

Малюнок 9.4 - Графічне порівняння виходу цільового продукту

в проточних реакторах ідеального витіснення 1

і ідеального змішування 2 при проведенні

паралельних реакцій різного порядку: а) для n1 > n2;

б) для n1 2; в) для n1 = n2

За умовою , :

1) якщо  , то ;

2) якщо  , то ;

3) якщо  , то .

Порівнюючи проточні реактори, можна зробити наступні висновки:

1) іноді вигідніше застосовувати РИВ, а іноді РІС-Н;

2) при проведенні реакції в однакових умовах ;

3) при проведенні однієї і тієї ж реакції в однакових умовах реактори РИВ мають більшу гідравлічний опір (вище експлуатаційні витрати);

4) РИВ значно важче чистити;

5) РІС-Н простіше конструктивно, але через малу концентрації реагентів у них мала швидкість хімічної реакції. Для усунення недоліків РІС-Н використовують каскад РІС (К-РІС).

 



Попередня   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   Наступна

ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ | вплив температури | Вплив концентрації реагуючих речовин | вплив тиску | Гетерогенність ПРОЦЕСИ. гетерогенність | Рушійна сила процесу | Гетерогенність ПРОЦЕСИ В СИСТЕМАХ | Реактори ідеального змішування | Хімічні реактори з ідеальною структурою потоку в ізотермічному режимі. Рівняння матеріального балансу для елементарного об'єму проточного хімічного реактора | Реактор ідеального змішування (РІС) |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати