la lista de prelegeri
la lista de articole
Reactoarele chimice ideale.
Eficiența oricărui proces chimic, exprimat productivitate și selectivitate indicatori, modelul de proces cinetică este determinată în mare măsură. La rândul său, natura modelului determină tipul de reactor, la care cea mai mare valoare a acestor indicatori. Este cel mai convenabil de a dezvălui influența tipului de reactor pe un anumit proces și performanțele sale ca un exemplu de reactoare ideale.
Clasificarea reactoarelor chimice pe baza structurii fluxului de masă de reacție, ideală diferențiază reactor discontinuu, reactor cu flux continuu și într-un reactor continuu este un tanc agitat continuu.
Un reactor discontinuu ideală poate fi reprezentat ca un dispozitiv de capacitate, echipat cu un agitator, un număr de rotații care garantează concentrații egale ale componentelor de reacție în orice punct al volumului, volumul și consistența temperaturii ().
O condiție idealitate suplimentară a unui astfel de reactor este de încărcare instantanee și simultană a tuturor componentelor amestecului inițial.
Viteza de reacție într-un reactor în timpul determinat de expresia
Pentru reactoarele periodice de volum în general constantă de reacție și apoi ecuația (1) devine o formă simplă
Din ultima expresie rezultă că
Din moment. în care XA - pentru conversie component A, atunci
Ecuația (3) devine forma
Ecuația (4) reprezintă baza pentru calculul reactoarelor de lot. Este valabil pentru orice componentă de reacție simple și complexe, și este necesar să se înlocuiască în funcția sa de a găsi integralei.
Calculați volumul producției lotului de reacție de acetat de etil, cu o producție zilnică de 50 tone pe zi de acetat de etil.
. unde k = 7,93 · 10-6 m 3 kmol -1 sec -1. K = 2,93.
Rata de conversie a molara fiecare dintre componente sunt egale datorită egalității raporturilor stoichiometrice. soluție apoasă încărcabilă conține 25 gr. % Acid, 46 gr. Alcoolul% și nu conține ester. Gradul de conversie al acidului este de 35%. densitatea masei de reacție este constantă la r = 1020 kg / m 2. Instalația trebuie să funcționeze în jurul ceasului. încărcarea, descărcarea și curățarea reactorului a fost de 1 oră, indiferent de mărimea reactorului. Ce se cere volumul zonei de reacție, atunci când se utilizează a) un reactor, b) cele trei reactoare?
Baza de calcul este expresia (1)
Se calculează concentrația componentelor masei de reacție în soluția inițială, pe baza volumului de 1 m 3.
În conformitate cu ecuația cinetică a vitezei de reacție exprimată ca
Substitut expresie finală rA în ecuația (1) și de a produce o integrare numerică a funcției care rezultă în intervalul de la X = 0 până la X = 0,35.
Ca rezultat al integrării obținem.
Timpul singură operațiune este 2 + 1 = 3 ore. Astfel, la fiecare 24 de ore pot fi efectuate 24: 3 = 8 operații.
producție zilnică de acetat de etil per 1 m3 de volum de reacție
Apoi, volumul total de reacție va fi
Astfel, pentru a asigura performanța necesară este necesar să se utilizeze un singur reactor cu un volum de 52 m 3. Având în vedere gradul de umplere a reactorului la 70%, valoarea totală a reactorului. Conform declarației problemei, aceeași performanță poate fi atins un volum al reactorului trei.
Într-un reactor cu flux continuu se deplasează masa de reacție de-a lungul axei de curgere, deplasarea straturilor ulterioare. Condițiile idealitate unui astfel de aparat este acela că fiecare element al masei de reacție într-o secțiune transversală dată se deplasează de-a lungul axei de curgere la aceeași rată
Integrarea acestei ecuații peste V. volumul de reacție Atunci când cantitatea de substanță variază de la FA dă:
Din moment. această ecuație poate fi redus la forma
Reciproca partea stângă a acestei ecuații este sarcina specifică a reactorului de reactiv A (numărul de moli de reactiv pe unitatea de timp pe unitatea de volum de reactor unitate).
Înmulțind ambele părți ale ecuației (7), pe. obține
Comparația ecuației rezultată cu ecuația (4) pentru reactor periodic ideală arată identitatea completă a părții drepte. În același timp, expresia pentru partea stângă a ecuației are, de asemenea, dimensiunea timpului, valoarea reprezintă debitul volumetric al reacției la intrarea în reactor. Apoi partea stanga este timpul de contact
În acest caz, ecuația (8) ia forma
este identică cu ecuația (4) pentru reactor periodic ideal. În general, timpul de contact se numește valoarea condiționată.
Se calculează volumul unui reactor cu flux în aceleași condiții ca și în problema anterioară.
Presupunem că timpul de contact într-un reactor de deplasare este la fel ca într-un reactor discontinuu # 964; = 7270 secunde. debitul molar de produs se calculează ca
Din moment. atunci. ceea ce implică faptul că
Astfel, în timpul funcționării o stare de echilibru continuu reactor rezervor cu agitare este caracterizat printr-o ecuație algebrică. Reactoarele sunt numite ideale amestecarea Gradientless, spre deosebire de reactoare cu integre și cu curgere turbulentă, în care concentrația și rata variabilelor de reacție - în primul caz, în timp, în al doilea - pe lungimea reactorului, care este, de asemenea, proporțională cu timpul de reacție.
Înmulțind ambele părți ale ecuației (11) CA 0
În cazul în care volumul amestecului în timpul reacției nu se schimbă,
unde # 964; - timpul real de contact.
Vas cu un volum util de 52 m 3 descrisă în Problema 1 se utilizează ca reactor continuu pentru a finaliza operația de amestecare. Componența sarcinii și gradul de conversie este acid acetic complet a fost, de asemenea, 35%. Care este performanța de acetat de etil în acest caz? Ce volum trebuie să aibă un reactor pentru producerea de 50 m3 pe zi de acetat de etil?
S-au obținut Soluția la problema 1 concentrație molară la XA = 0,35. Ele pot fi folosite pentru a calcula rata de rA reacție.
Apoi, masa de rata de producție eter
Rata totală de producție în reactor a fost de 52 m 3
Pentru a asigura o capacitate de 50 tone / zi, este necesar să se ia într-un reactor proporție mai mare, și anume . și anume considerabil mai mare decât în cazul unui reactor cu flux sau un ideal reactor discontinuu.
Compararea eficienței reactoarelor de curgere
amestecare perfectă și fluxul de dop.
Comparați performanța reactoarelor de curgere ideale pentru cazul reacțiilor în care interacțiuni simple, necomplicate laterale. Noi prezintă același grad de reactiv de conversie și o cheie sunt considerate ca fiind mai eficace în reactor, astfel încât pentru a obține rezultatele dorite necesită timp de rezidență minim.
Pentru amestecare ideală a reactorului de curgere, la o adâncime predeterminată de conversie a timpului mediu de rezidență în conformitate cu ecuația (13) poate fi definit ca fiind produsul a două valori constante
și anume reprezentat ca un punct de vedere geometric dreptunghi cu părțile relevante.
și anume valoare # 964; exprimată ca parte integrantă a zonei definită geometric delimitată de liniile SA și CA 0. Graficul funcției și axa abscisă. Figura arată că zona care corespunde timpului de staționare în deplasarea reactorului semnificativ mai mică decât suprafața corespunzătoare timpului de amestecare în reactor pentru a obține același rezultat. În consecință, la o rată egală cu debitul volumetric al unui reactor cu flux trebuie să aibă un volum mai mic. Astfel, un reactor cu curgere in priza sunt caracterizate de o productivitate mai mare decât reactoarele ideale de amestecare.
Un alt criteriu important pentru eficiența reactoarelor este un proces selectiv. Având în vedere în acest sens un număr de cazuri, determină alegerea în favoarea amestecării reactorului sau deplasării.
1. Un sistem de reacții paralele (principale și auxiliare), când ordinea reacției laterală a reactantului este mai mare decât baza
Aceasta înseamnă că o bude reacție secundară mai bine concura cu amestecul primar în reactor, adică, selectivitate în acest reactor bude de mai jos. De aceea, dacă reacția laterală are un ordin mai mare de reactiv decât baza, este mai avantajos pentru obținerea unei mai mare selectivitate în activitatea CSTR.
2. Sistemul de reacții paralele (auxiliar principal și), atunci când ordinea reacției laterale a reactivului este mai mic decât miezul, n 3. Sistemul de reacții paralele (principale și auxiliare), atunci când ordinele principale și secundare reacții ale reactivului sunt identice, m = n. În acest caz, randamentul nu depinde de tipul de reactor. 4. Sistemul de reacții secvențiale în care produsul primar B, C - lateral. Evident că, în cazul amestecării concentrația produsului miezului reactorului în masa de reacție va fi mai mare decât concentrația medie într-un reactor de deplasare. Din acest motiv, într-o viteză de reacție laterală reactor de amestecare va fi semnificativ mai mare selectivitate și - mai mică decât reactorul de deplasare. Prin urmare, pentru a realiza selectivități ridicate ale reacțiilor secvențiale este mai avantajos reactor cu flux. Astfel, în unele cazuri, pentru a obține un randament ridicat produs de reactor țintă flux eficient, iar uneori - un reactor cu amestecare ideală. La selectarea în favoarea unui tip de reactor trebuie luate în considerare reactoarele pur operaționale. Acestea includ o mare de reactoare tubulare rezistență hidraulică, dificultatea de a curăța astfel de dispozitive. Reactoarele de amestecare cu agitare viguroasă mai simple în design și oferă o aprovizionare mai eficientă sau îndepărtarea căldurii. În același timp, ele au o productivitate scăzută. Pentru a profita de amestecare a reactorului și deplasarea folosind reactor cascadă de amestecare perfectă prin încorporarea succesivă în procesul de firul mai multor reactoare. O cascadă de reactoare cu agitare. Un exemplu este un reactor de circuit serie cascadă de dispozitive capacitive cu agitatoare. Un exemplu de astfel de model poate fi nu numai un sistem de secvențial aranjate aparate separate dar reactorul de curgere sau în alt mod împărțit în secțiuni, în fiecare dintre care agitarea amestecului de reacție. În special, aproape de acest tip de coloană aparat cu membrană cu bule. Pentru reactoarele în cascadă ideală amestecarea următoarelor ipoteze despre idealul trebuie executate. 1. reactor executat de stare de amestecare perfectă, adică, în fiecare secțiune etapă schimbarea instantanee a parametrilor de proces, parametrii de ecuații în toate secțiunile și punctele din fluxul care iese. 2. Absența efectului invers: fiecare reactor ulterior nu este afectată de cea anterioară. Un model matematic al unei cascade ideale reactoare cu agitare, operat în mod izoterm reprezintă o masă de sistem ecuații de echilibru pentru orice element de reacție care conține cel puțin număr n de secțiuni cascadă Ecuații. Dacă modelul este realizat dintr-o reacție complexă, în cazul în care există bilanț material insuficient este doar unul dintre reactanți, numărul de ecuații ale modelului matematic este un multiplu de n. Luați în considerare performanța echicurent cascadă plină de reactoare cu agitare, de exemplu, având o primă reacție simplă comandă cu reactiv A. Pentru fiecare cascadă reactor individual poate fi scris conform ecuației (11) Inmultiti ambele părți ale ecuației (14) pe CA 0 și presupunem că reacția are loc fără a schimba volumul și toate reactoarele au același volum. Apoi, avem Ca urmare, prima și a doua reactoare etapă Evident, pentru întreaga secvență a unităților n (at) este următoarea expresie Timpul total de contact în timpul volumul total al tuturor reactoarelor va fi deoarece în conformitate cu (15) Prin urmare, o capacitate în cascadă (reactiv A) este Substituind această expresie în ecuația (16) avem În același timp, performanța unui singur reactor deplasează într-un stadiu echivalent, Pentru o primă reacție comandă într-un reactor cu flux în conformitate cu ecuația (7) Substituind ultima expresie în (17) avem Apoi, raportul dintre performanță a cascadei reactoarelor de amestecare și RIV Valorile pentru eficiența relativă a reacției în cascadă, ordinul 1 sunt proiectate pentru diferite când n XA = 0,95. Se poate observa că o cascadă de n reactoare de amestecare ideală este mult mai eficient decât un singur tip de reactor, cu o creștere a productivității specifice n cascadă se apropie tot mai mult un model de curgere în bloc. Acest lucru este ilustrat de dependența cinetică pentru 
Dacă un reactor tubular este o amestecare parțială a masei de reacție, există o aliniere a concentrațiilor și a vitezelor de volum de reacție. În reactoarele actuale astfel de aliniere are loc prin difuzie și convecție. În acest sens, în special prin difuzie nedorit de-a lungul axei de curgere, denumit longitudinal (sau invers), prin agitare. ceea ce conduce la o curbă de concentrare și flata descrește viteza de „mediu“ și productivitatea specifică (vezi. de mai jos).
Din ecuație se poate calcula numărul de secțiuni de volum predeterminat necesare pentru a atinge un grad dat de conversie XA:
Dacă obținut în calculul ecuației (18), numărul n este fracționată, este rotunjită la condiția a fost îndeplinită. corespunzător numărului de secțiuni în cascadă.
și curba rA (CA), nu se va întâlni condiție
la lista de articole
la lista de prelegeri