Последовательные и параллельные схемы реакторов

Для проточных реакторов идеального смешения, соединенных в каскад (К-РИС-Н), используют графический и аналитический методы расчета

Графический метод расчета. Этот метод прост и позволяет рассчитать каскад реакторов идеального смешения непрерывного действия для реакции любого порядка.

В основе расчета лежит уравнение (5)

, (19)

где с_{i, m-1} - концентрация реагентана входе в m-ый реактор;

с_{i, m}- концентрация реагента на выходе из m-го реактора.

Из уравнения (19) находим, что

(20)

Как видно из уравнения (20), для m-го реактора зависимость скорости реакции от концентрации изображается в виде прямой с углом наклона, для которого (рис. 3). С другой стороны, скорость реакции описывается уравнением

, (21)

которое на графике в координатах от представляет собой при n>1 экспоненту, а при n = 1 прямую линию. Точка пересечения линии уравнений (19) и (20) характеризует концентрациюреагента в m-ом реакторе.

Для расчета К-РИС-Н графическим методом необходимо:

1. Вначале построить график по уравнению (19) зависимости u_r от С_i.

2. Затем из точки, лежащей на оси абсцисс, для которой провести прямую с тангенсом угла наклона, равным до пересечения с кривой (прямой) в точке М: .

3. Опустив перпендикуляр из точки пересечения М на ось абсцисс, получают значение концентрации реагента на выходе из первого реактора. Эта же концентрация является исходной для второго реактора.

4.

υ_r

Для нахождения концентрации во втором реакторе операцию повторяют, взяв за исходную точку , и т. д. до тех пор, пока в последнем реакторе не будет достигнута заданная концентрация . При этом число ступеней и будет числом реакторов в каскаде, необходимым для достижения заданной степени превращения.

Рис. 3. Графический метод расчета каскада реакторов идеального смешения

Аналитический метод расчета. Аналитический метод расчета используется только для химических реакций первого порядка.

Предположим, что в каскаде реакторов протекает изотермическая реакция первого порядка при постоянной массовой плотности. Объемы реакторов в каскаде одинаковы. Тогда концентрация реагента А на выходе из первого реактора выражается формулой

(22).

Концентрация на выходе из второго реактора представлена следующей формулой

(23).

Таким образом, для концентрации на выходе из последнего реактора каскада С_Am будет иметь следующее рекуррентное выражение:

(24).

Когда реакционные объемы равны, уравнение принимает следующий вид:

(25).

Здесь величина τ определяется по полному объему всех реакторов.

Если в каскаде реакторов одинакового объема протекает изотермическая реакция второго порядка, то воспользовавшись теми же соотношениями, что и для реакции первого порядка, можно получить следующее выражение:

(26).

Уравнения (24) - (26) позволяют определить объемы каскада реакторов или их число, если известны остальные параметры процесса.

Отметим, что в случае расчета реакторов соединенных параллельно, необходимо учитывать расход исходного сырья на каждой из ветвей соединения. Расчетные параметры определяют суммированием уравнений, составленных для каждой ветви. Рассмотрим некоторые примеры расчета различных типов реакторов, соединенных последовательно, параллельно и смешанно.

Дата добавления: 2015-06-04