|
Протекание ХТП в потоке идеального вытеснения (ИВ)В реакторе ИВ все частицы движутся в заданном направлении, не перемешиваясь с движущимися впереди и сзади и полностью вытесняя подобно поршню находящиеся впереди частицы потока. Время пребывания всех частиц в аппаратах ИВ одинаково, т.е. временной характеристикой реакторов ИВ служит уравнение: τ´=τ=υ/Vс, где τ´ - время пребывания в реакторе любой частицы, τ – среднее время пребывания частиц По длине реактора плавно изменяются концентрации реагентов и, в соответствии с этим, изменяется скорость реакции. Так, для простейшей необратимой реакции А→Д, протекающей без изменения объёма при постоянстве температуры по мере протекания реакции по длине (высоте) аппарата или, что то же, по времени его пребывания в реакторе уменьшается концентрация вещества А от сА0 до сА (рис 1а), увеличивается степень превращения (рис 1б) и снижается скорость реакции (рис 1в) На рисунке 2 показано изменение параметров процесса в элементарном объёме реактора вытеснения.
На входе в элементарный объём: время пребывания реагентов в реакторе τ, пройденный реагирующей массой объём реактора υ и высота Н. После элементарного объёма: τ+dτ, υ+dυ, H+dH. Перед элементарным объёмом: степень превращения ХА, количество продукта Д в смеси G0, концентрация его сД0, а концентрация исходного вещества сА0. После элементарного объёма: ХА+dХА, G0+dG, сД0+dсД, сА0+dсА. Скорость процесса можно выразить дифференциалами dX, dG, dсД, -dсА поdτ, dυ, dH (например dX/dτ, dX/dυ, dG/dH, dG/dτ, -dсА/dυ, -dсА/dτ и т.д.) Если рассматривать процесс, протекающий в элементарном объёме dυ за время dτ, то приход реагентов в этом объёме может быть представлен как: Gпр=VcA0(1-XA), где V – количество вещества А в единицу времени, м3/с, сА0 – начальная концентрация основного исходного реагента кмоль/м3, ХА – степень превращения на входе в элементарный объём. Убыль: Gуб=VcA0[1-(XA+dXA)] Количество исходного реагента, расходуемого на химическую реакцию: GXp=uAdυ, где uA – скорость реакции, отнесённая к единице объёма. Таким образом, уравнение материального баланса для элементарного объёма реактора будет: VcA0(1-XA)=VcA0[1-(XA+dXA)]+uAdυ, откуда VcA0dXA=uAdυ Для получения уравнения материального баланса всего реактора это уравнение должно быть проинтегрировано. После разделения переменных получим: , Это уравнение представляет собой характеристическое уравнение реактора ИВ. Если известна кинетика процесса, можно определить время пребывания реагентов в аппарате или размеры аппарата при заданных расходе реагентов и степени превращения или производительность реактора V/τ при заданных размере реактора и степени превращения и т.д. Связь между кинетическими параметрами реакции и показателями работы реактора может быть показана преобразованием последнего уравнения. Для необратимой реакции А→В:
Для необратимой реакции нулевого порядка это уравнение примет вид: Для необратимой реакции первого порядка: При реакциях более высоких порядков для определения времени пребывания реагентов в реакторе удобно использовать ЭВМ или графическое интегрирование (рис 24) Если в реакторе ИВ протекает обратимая реакция: nA+mB↔dD с константами скорости прямой и обратной реакций, равными k1 и k2, то то скорость её будет: Исходя из этого: Степень превращения в реакторе может изменяться от некоторой начальной ХА1 до конечной ХА2. Тогда характеристическое уравнение запишется в виде: . При выводе предыдущих уравнений была принята реакция А→В, протекающая без изменения объёма. Если реакции протекают с изменением объёма, следует учитывать относительное изменение объёма системы βпри изменении степени превращения от 0 до 1: . - объём реакционной смеси при ХА=1 и при ХА=0 соответственно (при n=4 β=(4-1)/1=3). Концентрация реагентов для реакции, протекающей с изменением объёма, будет: , и следовательно для необратимой реакции время пребывания в реакторе составит . Для реакции нулевого порядка это уравнение примет вид уравнения, полученного ранее для такой реакции: Для реакции первого порядка: Реальные реакторы всегда работают при режимах неполного перемешивания но в некоторых производственных реакторах степень перемешивания столь незначительна, что для технологических расчётов можно применять модель ИВ (трубчатые контактные аппараты с катализатором в трубах или в межтрубном пространстве, полочные контактные аппараты с фильтрующими слоями катализатора (по газовой фазе), шахтные печи, конверторы).
Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот... ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|