Гомогенный изотермический реактор идеального вытеснения

Лекция 12.

(РИВ)

Рис. 12.1. Расчетная схема.

Допущения и ограничения модели:

1) – длина реактора (продольный размер), стабилизирующий участок

– гидравлический диаметр реактора (поперечный размер)

d/l<<1,0

В РИС отношение продольного размера к поперечному приблизительно равен 1.

т. е. эта модель рассматривает движение потоков (газа, жидкости) в протяженных каналах.

Пример: а) реакционные трубы в реакторе конверсии метана (рис. 6.1);

б) окисление SO₂ в контактном аппарат6е (рис. 5.1).

2) За счет теплообменных устройств (тепловая рубашка) температура по длине канала поддерживается одинаковой, т. е. Т_о=Т₁.

3) Так как процесс стационарный, то изменением технологических параметров (С, Т) во времени можно пренебречь.

В элементарном объеме dV, вырезанном двумя вертикальными плоскостями I и II, линейные скорости u_z частиц в поперечном сечении одинаковы и предполагается плоский профиль линейных скоростей u. Такой профиль в реальных условиях образуется при турбулентном режиме движения потока.

4) К распределению линейных скоростей u(x) в реальных условиях.

Рис. 12.2.

Толщиной гидравлического подслоя δ_г в идеальной модели пренебрегают.

Замечание:

На толщине δ_г происходит изменение скорости u_z от 0,8u_max до 0.

5) Продольное перемешивание в канале отсутствует.

Рис. 12.3. К траекториям движения частиц.

а – РИС; б – РИВ; в – реактор с продольным перемешиванием.

Рис. 12. 3, б – отсутствие продольного перемешивания может быть вызвано наличием турбулизаторов потока, в канале обусловленных самой конфигурацией канала, благоприятствующей образованию обратных течений потока и т. п.

Это значит, что в уравнении материального баланса (10.23) слагаемым

можно пренебречь, т.е. ≈ 0 (12.1).

6) Так как рассматривается линейный профиль скоростей u_z и перемешиванием в поперечном направлении можно пренебречь, тогда

(12.2)

7) Уравнение материального баланса составляют для элемента dV (рис. 12.1,в), рассматривая его как микрореактор идеального смешения.

Преобразуем уравнение (10.23) с учетом допущений 17, для условий задачи С_j=f (τ) по длине канала z (рис.12.1,б).

Уравнение материального баланса для гомогенного РИВ-Н в стационарном режиме: (12.3)

Пример 12.1.

См. пример 11.1.

Решение дифференциального уравнения тождественно. Но отличие модели РИВ предполагает, что все частицы движутся в одном направлении, продольно не перемешиваясь с соседними частицами, и фактическое время пребывания равно среднему времени вытеснения частиц.

Вид уравнения материального баланса будет:

(12.4)

Преимущества РИВ:

Рис. 12.4. К объяснению преимущества РИВ по сравнению с РИС.

Движущая сила согласно допущениям модели РИВ С_j (z) меняется плавно (убывает) по длине z. Модель РИС С_j (z) меняется скачкообразно и принимает постоянное значение С_j,f по всей длине.

Движущая сила = С_раб− С_пред.

С_пред = 0.

Отрезок ₁ – движущая сила в РИС, а ₂ – движущая сила в РИВ; ₂ > ₁.

При прочих равных условиях скорость процесса в РИВ больше, чем скорость процесса в РИС.

Недостатки РИВ:

Сложность в автоматизации процесса.

Аппараты вытеснения непрерывного действия это трубчатые полимеризаторы в производстве полиэтилена высокого давления; роторные выпарные аппараты с движущейся пленкой жидкости.

Дата добавления: 2014-01-04