Вывод характеристического уравнения
Химические реактора
Химическим реактором называют аппарат, в котором осуществляются химико-технологические процессы, сочетающие химические реакции с массообменном.
Требования к реакторам:
1. Обеспечивать наибольшую производительность и интенсивность процесса
2. Давать максимальную степень превращения при максимальной селективности процесса
3. Иметь малые энергетические затраты на транспортировку и перемешивание исходных реагентов
4. Быть достаточно простыми в устройстве и дешёвыми
5. Наиболее полно использовать теплоту экзотермических реакций и теплоту, подводимую извне
6. Быть надёжными в работе, наиболее полно механизированными и обеспечивать автоматическое регулирование процесса
Некоторые из вышеперечисленных требований часто противоречат друг другу (при увеличении степени превращения падает скорость технологического процесса и производительность)
Производительность аппарата рассчитывается по уравнению:
где v – реакционный объём аппарата
Vк и Vн – соответственно объёмная скорость, рассчитываемая на конечный или начальный объём
реакционной смеси
Сn и Cu – объёмная концентрация продукта или исходного вещества
rn – плотность продукта
G – масса продукта
t - время работы
a - коэффициент пересчёта объёмов исходного вещества
Тогда эффективность работы реактора:
Классификация реакторов:
|
|
|
1. По гидродинамической обстановке
а) реактор смешения (емкостные аппараты с перемешиванием механической мешалкой или циркуляционным насосом)
б) реактор вытеснения (трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала)
2. По условиям теплообмена
а) адиабатические реактора (отсутствие теплообмена с окружающей средой)
б) изотермические реактора
в) с промежуточным тепловым режимом. Тепловой эффект химической реакции частично компенсируется за счёт теплообмена с окружающей средой, а частично вызывает изменение температуры реакционной смеси
г) автотермические реактора – реактора, в которых поддержание необходимой температуры осуществляется только за счёт теплоты химического процесса без использования внешних источников энергии
3. По фазовому составу реакционной смеси
3.1. Для проведения гомогенных процессов
а) реактора для газо-фазных реакций
б) реактора для жидко-фазных реакций
3.2. Для проведения гетерогенных процессов
а) газо-жидкостные растворы
б) реакторы для процессов газ - твёрдое вещество
в) реакторы для процессов жидкость – твёрдое вещество
3.3. Для гетерогенных каталитических процессов
4. По организации каталитических процессов
а) периодические
|
|
|
б) непрерывно – действующие
в) полупериодические (1 компонент вводится постоянно, а другой - периодически или ввод исходных реагентов постоянный, а отгрузка продукта – периодический процесс
5. По характеру изменения параметров процесса во времени
а) стационарные
б) нестационарные
6. По конструктивным характеристикам
а) емкостные
б) колонные
в) типа теплообменника
г) типа реакционной печи
Модели идеальных реакторов
Реактор идеального вытеснения
 |
Все частицы движутся в одном направлении, не перемешиваясь с частицами впереди и сзади элементарного объёма
Время пребывания любого элемента объёма равно среднеквадратическому времени
где Н – высота
w - фиктивная рассчитанная на полное
сечение скорость потока
Вывод характеристического уравнения
А ® В
Запишем материальный баланс для данной реакции
Gприх = Gубыв + Gхр (1)
Gприх = Vc × CA0 × (1-xA);
Gубыв = Vc × CA0 × [1-(xA + dxA)];
Gхр = wА × dV
Vc × CA0 × (1-xA) = Vc × CA0 × [1-(xA + dxA)] + wА × dV
|
|
|
wА × dV = Vc × CA0 × dxA
(2)
Уравнение 2 является характеристическим уравнением для реактора идеального вытеснения и позволяет определить среднее время пребывания t, если известны кинетика процесса (скорость химической реакции) размеры аппарата (реактора) при заданных расходах реагентов и степени превращения
I для реакции 1го порядка
n = 1 из условия 
n = 0 
t = CA0 × S
Реактор идеального смешения
I Реактор идеального смешения непрерывного действия (РИС НД)
 |
А ® В
 |
Материальный баланс
Gпр = Gуб + Gхр
Gпр = СА0 × Vc;
Gуб = СА0 × Vc × (1-xA)
Gхр = wА × Vc v
СА0 × Vc = СА0 × Vc × (1-xA) + wА × Vc
Vc × СА0 × wA × v
Данное уравнение является характеристическим и позволяет определить одну из величин – время пребывания, концентрацию исходных реагентов, vхр, степень превращения и объём реакционной смеси.
Для РИС НД, также как и для РИВ, размер реактора, расход реагентов, начальные и конечные концентрации веществ можно определить при условии, если известна кинетика процесса.
|
|
|
I n = 0 
II n = 1 
II Реактор идеального смешения периодического действия (РИС ПД)
 |
Gпр = Gуб + Gхр + Gнакопл
Gпр = Gуб = 0; Gхр = wА × V;
Данное уравнение является характеристическим для РИС ПД и позволяет найти время пребывания, концентрацию, скорость химической реакции, степень превращения
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 815; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!