Реактор идеального смешения

Для модели идеального смешения принимается ряд допущений, До­пускается, что в результате интенсивного перемешивания устанавли­ваются абсолютно одинаковые условия в любой точке реактора: концентрации реагентов и продуктов, степени превращения реагентов, температура, скорость химической реакции и т. д.

В проточном реакторе идеального смешения концентрации участ­ников реакции в выходном потоке в рассматриваемый момент времени строго равны концентрациям тех же веществ в реакторе.

Чтобы перечисленные допущения могли быть выполнены, необхо­димо принять еще одно допущение: переход от одной концентрации к другой в реакторе идеального смешения не должен иметь протяженно­сти во времени. Приблизиться к режиму идеального смешения можно, обеспечив интенсивное перемешивание реакционной смеси с помощью механических мешалок разного типа или циркуляционных насосов, создающих высокую кратность циркуляции. Смешение, близкое к идеальному, легче осуществить в емкостных аппаратах с приблизительно равными диаметром и высотой.

Периодический реактор идеального смешения. В периодический реактор все реагенты вводят до начала реакции, а все продукты выво­дят из него только после окончания процесса; в ходе реакционного цикла никаких веществ в реактор не вводят и из него не выводят, так что общая масса реакционной смеси в реакторе остается постоянной, а изменяется лишь ее состав. При составлении математического описания принимают, что реакционная смесь однородна по объему аппарата и ее состав зависит только от времени пребывания в периодическом реак­торе.

Уравнение материального баланса для периодиче­ского реактора идеального смешения примет вид

(5.3)

(5.4)

Если вещество J — исходный реагент, то концентрацию С можно выра­зить через его степень превращения:

(5,5)

(5.7)

Время, рассчитанное по урав­нению (5.7), является «чистым» временем, необходимым для проведения химического пре­вращения. Однако для осуществления процесса в периодическом ре­акторе кроме этого «реакционного» времени нужно затратить вспомо­гательное время на загрузку реагентов, выведение реактора на нуж­ный технологический режим, разгрузку и очистку. Полное время од­ного цикла работы периодического реактора суммируется, таким обра­зом, из основного и вспомогательного :

(5.8)

Наличие как составной части времени цикла приводит к сни­жению производительности химического реактора (количества про­дукта, получаемого в единицу времени) и является одним из сущест­венных недостатков периодических процессов вообще. Другие их недо­статки — большие затраты ручного труда, сложность решения задач автоматизации (так как условия в реакторе во времени постоянно ме­няются).

Однако периодические реакторы обычно можно приспособить к ши­рокому диапазону условий реакций, что удобно при необходимости производить на одной установке различные химические продукты, на­пример, в промышленности химических реактивов. Периодические ре­акторы с интенсивным перемешиванием, приближающимся к идеаль­ному смешению, применяют в производствах реактивов, органических красителей, лекарственных препаратов — там, где для достижения достаточной глубины превращения требуется сравнительно длитель­ное время, а объемы производства невелики.

17. Проточный реактор идеального смешения в стационарном режиме. Если необходимо обеспечить получение большого количества продук­та одинакового качества, химический процесс предпочитают проводить в непрерывнодействующих реакторах с установившимся режимом. Распространенным видом таких проточных аппаратов являются реак­торы смешения. Проточный реактор смешения может работать как в нестационарном режиме (пуск, выход на режим, остановка), так и в стационарном, установившемся режиме.

Уравнение материального баланса для стационарного проточного реактора идеального смешения без циркуляции:

Для любого реактора идеального смешения и, в частности для проточ­ного, из уравнения можно исключить оператор, описывающий диффузионный перенос. При стационарном режиме работы реактора из урав­нения исключается производная , не равная нулю только при наличии накопления вещества в реакторе.

Таким образом, в уравнении остаются только два члена, описываю­щие конвективный перенос вещества и расход или образование этого вещества в ходе химической реакции.

Действительное время пребывания частиц в проточном реакторе — это случайная ве­личина, которая может изменяться от .

Для решения практических задач удобно концентрацию реагента выразить через его степень превращения

(5.12)

Уравнения материального баланса для проточного реактора могут быть использованы не только для определения среднего времени пре­бывания и затем размеров реакционного пространства при заданной глубине химического превращения, но и для решения обратной задачи: при заданном объеме реактора и заданной произво­дительности по исходному реагенту (пропорциональной объемному рас­ходу v) определить концентрацию реагентов на выходе из реактора.

12. Реактор идеального вытеснения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: