Непрерывный реактор идеального смешения и кинетика процесса в безградиентных условиях

C_i,o, W_o

C_i, W, X_A

Рис. 2.

Реактор идеального смешения (рис. 2) также является непрерывно действующим. Условие его идеальности состоит в отсутствии градиента концентраций и температуры по объему (dC_i/dV = 0 и dT/dV = 0), причем в стационарных условиях этот градиент отсутствует и во времени. При введении исходной смеси в большой реакционный объем происходит скачкообразное снижение концентраций реагентов до величины, равной концентрации в реакторе и на выходе из аппарата.

В реакторах идеального смешения периодического действия и идеального вытеснения концентрации изменяются во времени или по объему, и конечный результат находят после интегрирования (интегральные реакторы). В отличие от этого, в аппарате идеального смешения градиент концентраций отсутствует (безградиентные условия процесса), а конечный результат находят, решая алгебраическое уравнение, что значительно упрощает расчет.

C_i,oW_o - C_iW

r_i = ———————

V

где, V – объем реактора;

W_о, W – объемный поток реакционной смеси (объем/время) на входе и выходе реактора;

C_i,o, C_i – концентрации компонентов в потоках на входе и выходе реактора.

При равенстве потоков на входе и выходе получим следующие выражение скорости реакции.

W(C_i,o - C_i) C_i,o - C_i

r_i = ——————— = —————

V τ

В реакторе идеального смешения непрерывного действия скорости превращения веществ при варьируемых параметрах процесса вычисляют непосредственно из экспериментальных данных. Первичные опытные данные пересчитывают и сводят в таблицу, где для каждого опыта в безградиентных условиях сопоставляют текущие концентрации компонентов смеси и соответствующую им скорость превращения вещества.

Последующая обработка опытов для уравнений с одной неизвестной константой может проводиться двумя способами. Если предполагается, что кинетика простой реакции описывается уравнением r = kПC_iⁿⁱ c неизвестными порядками реакции, то его логарифмируют и преобразуют в линейный многочлен lgr = lgk + n_АlgC_А +….., по которому линейным МНК находят lgk и n_i. При наличии в правой части логарифмической формы уравнения только двух членов (lgr = lgk + n_АlgC_А) возможна линеаризация опытов на графике lgr – gC_А с предварительной оценкой значений lgk и n_А, но с последующим их уточнением при помощи МНК. Если при обработке опытов n_i получились близкими нулю, ±1 или 2 (а для радикально-цепных реакций, кроме того, ±0,5 или 1,5), их округляют до соответствующих величин и находят кинетическое уравнение, по которому значение константы уточняют излагаемым ниже способом. Нередко при подобной обработке эксперимента некоторые из значений n_i могут получиться существенно отличными от указанных выше (например, 0,3; 0,7 и т. д.). Такие порядки реакций называют кажущимися, а соответствующие им скорости обычно описывают процесс только в небольшом интервале варьирования параметров. Они ясно указывают, что реакция должна описываться другим уравнением, например, с многочленным знаменателем.

Второй способ обработки опытов для реакций с простым типом кинетического уравнения применяют для указанного выше уточнения константы скорости при округлении предварительно найденных порядков реакций или для проверки выведенного из механизма уравнения скорости типа r = kПC_iⁿⁱ. В этих случаях значения r откладывают на графике против значений ПC_iⁿⁱ, и при правильности исходной гипотезы получают прямую, выходящую из начала координат, и находят k по простейшему линейному уравнения у = вх.

Дата добавления: 2014-12-10