Хим. реакторы) Сравнение реакторов идеального смешения и идеального вытеснения

РИС-Н

Вследствие интенсивного перемешивания потока, мгновенно устанавливаются одинаковые по всему объему реактора концентрации компонента А равные его концентрации на выходе из реактора. Резкое изменение концентрации при входе компонентов происходит за счет мгновенного смешения поступающих компонентов с реакционной массой уже имеющейся в реакторе, где концентрация компонентов значительно ниже чем в подаваемой реакционной смеси. Величина перепада м/у начальной и конечной зависит, при прочих равных условиях, от величины скорости хим. реакции(чем она выше, тем меньше концентрации компонента А в реакторе и больше перепад ), с другой стороны при одной и той же скорости реакции величина перепада зависит от времени пребывания компонента в реакторе(чем больше время пребывания, тем полнее проходит реакция и тем ниже концентрация в смеси). Т.к. все параметры меняются скачкообразно, мат. баланс п

Если в периодическом реакторе можно непосредственно измерить продолжительность реакции, то в реакторах непрерывного действия этого сделать невозможно, т.к. в реакторах при установившемся режиме параметры со временем не меняются. Поэтому для непрерывных реакторов пользуются условным временем пребывания компонентов системы в реакторе: ( -объем реактора; -объемный расход).

Т.к. все параметры меняются скачкообразно, мат. баланс по какому либо компоненту, необходимый для получения хар-го ур-я, составляют для всего реактора в целом.

-мольный расход компонента А на реакцию.

Где: ; , тогда: ;

делим выражение на V и получаем: - хар-е ур-е РИС-Н

Если тогда

1. Реакция n-го порядка:

подставим в хар-е ур-е: ;

2. Реакция 0-го порядка:

, тогда: ;

3. Реакция 1-го порядка:

, тогда: ;

1. (Хим. реакторы) Каскад РИС-Н. Цель расчета, основные допущения.

Графический метод расчета. Концентрации C_A в такой системе падает не сразу, а постепенно от реактора к реактору. В каждом реакторе концентрация компонента в объеме постоянна и равна концентрации на выходе из реактора. Изменение концентраций в реакторах происходит мгновенно скачком при входе смеси в реактор. Рабочие концентрации C_A в каскаде реакторов, в общем-то, выше, чем в единичном реакторе смешения и приближается с увеличением числа реакторов к его значению в реакторе вытеснения. Чем больше ступеней изменения концентрации в каскаде, тем больше каскад реакторов приближается к реактору ИВ. Задача расчёта каскада заключается в определении числа ступеней (числа реакторов) необходимых для достижения заданной степени превращения. Существует аналитический и графический метод расчёта каскада реакторов. Аналитический используется при протекании реакции 1-го порядка, для реакций большего порядка - графический.

; ; ; (в единичном реакторе)

Объемы единичных реакторов равны

; - концентрация компонента A на входе в реактор m и на выходе из него.

(1)

; - известные величины и постоянные по условию.

Для нахождения С_Аm необходимо ур-е (1) решить совместно с кинетическим ур-ем. В этом случае для нахождения концентрации компонента на выходе из 1-го реактора С_А1 необходимо из точки С_А0 провести прямую с тангенсом угла наклона = до кинетической кривой (т.М). если опустить перпендикуляр из т.М, то на оси абсцисс получим концентрацию С_А1 (в первом реакторе). Эта же концентрация является входной для второго реактора. Для нахождения концентрации второго реактора операция продолжается из точки С_А1, повторяем это до тех пор пока в последнем реакторе не будет достигнута заданная концентрация С_Аm.Так как время во всех реакторах одинаковое, то постоянен угол наклона прямых и следовательно они параллельны. Число ступеней изменения концентраций и будет числом реакторов в каскаде необходимых для достижения заданных степеней превращения. С увеличением числа реакторов m в каскаде характер изменения параметров в нём приближается к РИВ. При одинаковом объёме каскада степень превращения повышается с увеличением числа реакторов в каскаде, приближаясь к степени превращения для РИВ-Н (если m стремится к бесконечности). Для одной и той же степени превращения общий объём системы будет меньше там, где взято большее число реакторов.

Рассмотрим два варианта РИС – Н и РИВ – Н. РИВ – Н отличается большей интенсивностью, следовательно, меньшими размерами. Рассмотрим изменение параметров по времени и объему.

Средняя скорость реакции РИС – Н всегда ниже, чем в РИВ – Н для необратимых реакций. Если порядок равен нулю, то это не оказывает влияния на интенсивность процесса (для таких реакций скорость не зависит от концентрации).

Для РИС – Н: Для РИВ – Н:

т.е.

Для реакций, порядок которых больше нуля. Тип реактора имеет большое значение, т.к. для достижения одинаковой степени превращения в РИС – Н нужно больше времени, чем в РИВ – Н, т.е. .

Для простой необратимой реакции запишем характеристические уравнения РИС – Н и РИВ – Н:

Отсюда следует, что , т.к. изменение степени превращения от нуля до единицы.

UA	Kt, необходимое для достижения заданной степени превращения.	tРИС-Н/tРИВ-Н
0,1	0,111	0,105	1,06
0,5	1,0	0,693	1,44
0,9	9,0	2,303	3,9

Дата добавления: 2015-06-04