Az ideális kémiai reaktorok
A lista előadások
Az elemek listája
Az ideális kémiai reaktorok.
A hatékonysága minden kémiai folyamat kifejezett mutatók termelékenysége és szelektivitása, kinetikus folyamat modell határozza meg, hogy nagy mértékben. Másfelől, a természet a minta típusát határozza meg a reaktor, amelynél a legmagasabb érték ezek a mutatók. Ez a legkényelmesebb, hogy felfedje a befolyása a reaktor típusától egy adott folyamat, és a teljesítmény példájaként ideális reaktorok.
Osztályozása kémiai reaktorok reakcióján alapul tömegáram szerkezet, ideális megkülönbözteti szakaszos reaktor, folyamatos áramlású reaktor, folyamatos reaktor egy folyamatos keverős tartályba.
Egy ideális szakaszos reaktor lehet leírni a kapacitív eszköz keverővel ellátott, több fordulat, amely garantálja azonos koncentrációban a reakció komponensek bármely pontján a térfogatával, a térfogat és a következetesség hőmérséklet ().
Egy további feltétel idealitás egy ilyen reaktor pillanatnyi és egyidejű terhelése minden eleme a kiindulási keverék.
A reakció sebessége a reaktorban idején által meghatározott expressziós
Az időszakos reaktorok általában állandó reakció-térfogatot, majd (1) egyenlet válik egy egyszerű űrlapot
Az utolsó kifejezés következik, hogy
Ettől. ahol XA - a konverzió komponens, majd
(3) egyenlet válik formájában
(4) egyenlet az alapja a kiszámításához szakaszos reaktorokban. Ez érvényes minden komponense egyszerű és összetett reakció, és szükség van, hogy helyettesítse az ő funkciót találni az integrál.
Számítsuk ki a térfogatát a reakció gyártási tétel az etil-acetátot egy napi teljesítménye 50 tonna per nap etil-acetát.
. ahol k = 7,93 · 10-6 m 3 kmól -1 sec -1. K = 2.93.
Moláris konverziós arány az egyes komponensek miatt egyenlő a egyenlőség sztöchiometriai arányokat. Betölthető vizes oldat 25 tömeg. % Acid, 46 tömeg. % Alkohol és nem tartalmaz-észter. A mértéke sav konverzió 35%. a reakcióelegyet sűrűség konstans r = 1020 kg / m 2. A telepítési kell működtetnie, éjjel-nappal. berakodás, kirakodás és a reaktor tisztítását 1 óra volt, függetlenül a méret a reaktorba. Mi szükséges térfogatát a reakciózónában, ha a) egy reaktorba, b) a három reaktorok?
A számítás alapja a kifejezés (1)
Kiszámítjuk a koncentráció a komponenseket a reakcióelegy a kiindulási oldatban, volumene alapján az 1 m 3.
Összhangban a kinetikus egyenlet a reakciósebesség kifejezve
Helyettesítő rA végső expressziós az egyenletben (1), és egy numerikus integrálása a kapott függvény tartományban X = 0 és X = 0,35.
Ennek eredményeként az integráció megkapjuk.
Idő egyetlen művelet 2 + 1 = 3 óra. Így, minden 24 órában végezhető 24: 3 = 8 műveleteket.
Napi termelés etil-acetát per 1 m 3 reakció-térfogat
Ezután a teljes reakció-térfogat lesz
Így, hogy biztosítsák a kívánt teljesítmény szükséges, hogy egyetlen reaktor térfogata 52 m 3. Tekintettel az a töltési fok, a reaktor 70%, a teljes összeg a reaktorba. Nyilatkozata szerint a probléma, ugyanazt a teljesítményt lehet elérni három reaktor térfogata.
A folyamatos fojtott áramlású reaktorban a reakcióelegyet mentén mozog az áramlási tengely, kiszorítja a további rétegek. Feltételei idealitás ilyen készülék az, hogy minden egyes eleme a reakcióelegyet egy adott keresztmetszetben mozog tengelye mentén az áramlás azonos ütemben
Integrálása ennek az egyenletnek az egész reakció-térfogat V. Ha ez az összeg az anyag változik a FA ad:
Ettől. ez az egyenlet lehet csökkenteni formájában
A reciproka bal oldalán ennek az egyenletnek a fajlagos terhelés a reaktor a reagenssel egy (móljainak a száma a reagens per egységnyi idő per egységnyi reaktor térfogata).
Szorzása egyenlet mindkét oldalát (7) a. kap
Összehasonlítása a kapott egyenlet egyenlet (4) időszakos ideális reaktor mutatja a teljes azonosságot a jobb oldalon. Ugyanakkor, a kifejezés a bal oldalon az egyenlet is van az idő dimenzióját, az érték képviseli a térfogati áramlási sebesség a reakció a reaktor bevezető nyílásánál. Ezután a bal oldalon van a behatási idő
Ebben az esetben, (8) egyenlet formájában
azonos a (4) egyenlet a periodikusan ideális reaktorban. Általában a kapcsolati időt nevezik a feltételes értéket.
Számítsuk ki a térfogatát egy fojtott áramlású reaktorban, ugyanolyan körülmények között, mint az előző problémát.
Feltesszük, hogy az érintkezési idő egy elmozdulás reaktorban ugyanaz, mint egy szakaszos reaktorban # 964; = 7270 másodperc. moláris áramlási sebessége termék számítjuk
Ettől. akkor. ami azt jelenti, hogy
Így működés közben egy folyamatosan kevert tank reaktorban egyensúlyi állapot jellemzi egy algebrai egyenlet. A reaktorokat nevezik ideális keverési Gradientless eltérően szerves szakaszos reaktorokban, és dugós áramlású, amelyben a koncentráció és a reakció sebessége változók - az első esetben időben, a második - az a reaktor hossza, ami szintén arányos a reakcióidő.
Szorzása egyenlet mindkét oldalát (11) a CA 0
Ha a keverék térfogatát a reakció során nem változik,
ahol # 964; - a tényleges érintkezési idő.
Hajó, amelynek hasznos térfogata 52 m 3 leírt 1. probléma használunk folyamatos reaktor befejezéséhez a keverési művelet. Összetétele terhelés és az átalakulás mértéke teljes ecetsavat is 35%. Mi a teljesítménye etilacetát ebben az esetben? Mi mennyiség kell egy reaktorban a termelés 50 m 3 naponta etilacetát?
A megoldás a problémára az 1 moláris koncentráció XA = 0,35 kaptunk. Ezeket lehet kiszámítani a reakció sebessége rA.
Ezután a tömege étert termelési sebesség
A teljes termelési sebessége a reaktorban 52 m 3
Annak érdekében, hogy a kapacitása 50 tonna / nap, szükséges, hogy nagyobb arányban reaktorban, azaz a . azaz lényegesen nagyobb, mint abban az esetben, egy plug flow reaktor vagy szakaszos reaktorban ideális.
Összehasonlítása hatékonyságának reaktorban
tökéletes keveredés és plug flow.
Hasonlítsa össze a teljesítmény ideális áramlási reaktorok esetén reakciókban, ahol egyszerű, komplikációmentes oldalán kölcsönhatásokat. Mi jelentenek ugyanolyan mértékű átalakítás reagens és a kulcs kell tekinteni, annál hatékonyabb a reaktor oly módon, hogy a kívánt eredmény elérése érdekében szükséges minimális tartózkodási idő.
Az ideális keverési áramlású reaktorba egy előre meghatározott mélységben átalakítása az átlagos tartózkodási idő reakcióvázlat szerint (13) úgy definiálható, mint a termék a két konstans értékek
azaz geometriailag képviseletében a téglalap az érintett felekkel.
azaz érték # 964; kifejezve határozott integrál geometriai terület által határolt vonalak SA és a CA 0. A grafikon a funkció és az abszcissza tengely. Az ábra azt mutatja, hogy a terület megfelelő tartózkodási idő a reaktorban elmozdulás jelentősen kisebb, mint az a terület megfelelő időben a keverés a reaktorban, hogy ugyanazt az eredményt elérni. Következésképpen, egyenlő volumetrikus áramlási sebességgel egy dugós áramlású reaktort kell egy kisebb térfogatú. Így egy dugós áramlású reaktorokat Jellemzőjük a nagyobb termelékenységet, mint ideális keverési reaktorok.
Egy másik fontos szempont a hatékonysága a reaktorok egy szelektív eljárás. Figyelembe véve e tekintetben számos esetben meghatározza a választás mellett a reaktor keverési vagy elmozdulás.
1. Rendszer párhuzamos reakciók (fő és kiegészítő), amikor a sorrendben a mellékreakció a reaktáns nagyobb, mint a bázis
Ez azt jelenti, hogy a mellékreakció bude jobban versenyezni az elsődleges keverési a reaktorban, vagyis szelektivitás ebben a reaktorban bude alább. Ezért, ha mellékreakció van egy magasabb rendű reagens, mint a bázis, ez előnyösebb, amely nagyobb szelektivitást a CSTR-ben a munka.
2. A rendszer párhuzamos reakciók (fő és kiegészítő), amikor a sorrendben a mellékreakció a reagens alacsonyabb, mint a mag, N 3. A rendszer párhuzamos reakciók (fő és kiegészítő), amikor a megrendelések a fő és a mellékreakciók a reagens azonos, m = n. Ebben az esetben, a hozam nem függ a reaktor típusától. 4. A rendszer a szekvenciális reakciók amelyben az elsődleges termék B, C - oldalán. Nyilvánvaló, abban az esetben a keverő reaktormagból a termék koncentrációja a reakcióelegyben nagyobb lesz, mint az átlagos koncentráció helyettesítési reaktorban. Emiatt, egy keverő reaktorban mellékreakció mértéke lesz lényegesen nagyobb szelektivitást, és - kisebb, mint az elmozdulás reaktorba. Ezért, hogy elérjék a nagy szelektivitás a szekvenciális reakciók előnyösebb dugós áramlású reaktorba. Így bizonyos esetekben, hogy magas céltermék hozama hatékony áramlású reaktor, és néha - az ideális keverésű reaktorban. Amikor kiválasztja támogatja a reaktor típusától is figyelembe kell venni a tisztán működési reaktorok. Ezek közé tartozik a nagy hidraulikus ellenállást csőreaktorok, a nehéz tisztítási ilyen eszközök. Reaktorok keverés és intenzív keverés közben egyszerűbb tervezés és amely hatékonyabb szállítását vagy hőelvezetést. Ugyanakkor, ezek az alacsony termelékenység. Ahhoz, hogy kihasználják reaktor keverési és elmozdulás alkalmazásával kaszkád reaktor tökéletes keveredés sorrendben beépítésével a folyamat a szál több reaktor. A kaszkád kevert reaktort. Egy példa egy reaktorkaszkádban soros áramkör kapacitív eszközök keverőkkel. Egy példa az ilyen modell lehet nem csak a rendszer egymás után elrendezett külön gépekre, de az áramlás reaktor vagy más módon szakaszokra oszlik, amelyek mindegyikében a keverést a reakcióelegy. Különösen, közel az ilyen típusú berendezés membrán buborék oszlopon. Kaszkád reaktor ideális keverési a következő feltételezéseket az ideális végre kell hajtani. 1. végrehajtott reaktor tökéletes keverő állapotba, azaz minden szakaszában szakaszban pillanatnyi változási folyamat paramétereinek, az egyenlet paraméterei minden szakaszának és pont a kiáramló abból. 2. A hiánya az inverz hatás: minden ezt követő reaktorban nem befolyásolja az előzőt. A matematikai modell egy ideális kaszkád kevert reaktort üzemeltetett az izotermikus üzemmódban jelentése rendszert tömegmérleg egyenletek bármely reakciót tagja, amely legalább n számú egyenlet kaszkád szakaszok. Ha a modell készült egy komplex reakciótermék, ha nincs elegendő, anyagmérleg csak egy a reagensek, a számú egyenlet a matematikai modell egy többszörös n. Tekintsük a teljesítmény uniFLOW teljes kaszkád kevert reaktort, például, hogy egy egyszerű elsőrendű reakció reagenssel A. Minden egyes reaktor kaszkád írhatók egyenlet szerint (11) Szorozzuk egyenlet mindkét oldalát (14) a CA 0, és feltételezik, hogy a reakció végbemegy anélkül, hogy megváltoztatná a mennyiség és az összes a reaktorok azonos térfogatú. Aztán ott van Ennek megfelelően, az első és második fokozatú reaktorok Nyilvánvaló, hogy a teljes szekvencia az n egységek (at) a következő kifejezés A teljes érintkezési idő alatt a teljes mennyiség összes reaktort lesz mert összhangban (15) Ezért kaszkád kapacitás (reagens A) Behelyettesítve ezt a kifejezést az egyenlet (16) van Ugyanakkor a teljesítményét egy egyetlen reaktorban kiszorítják egyenértékű szakaszban, Egy elsőrendű reakció dugós áramlású reaktor egyenlet szerint (7) Behelyettesítve az utolsó egyenletet (17) van Ezután az arány a teljesítmény a kaszkád keverési reaktorok és RIV Az értékek a relatív hatékonysága a kaszkád reakció, az 1. rendű tervezték különböző, ha n XA = 0,95. Látható, hogy egy lépcsőzetes n reaktorok, ideális keverési sokkal hatékonyabb, mint egyetlen típusú reaktorban, a növekedés n kaszkád fajlagos termelékenység egyre közelít a plug flow modellt. Ezt illusztrálja a kinetikus függést 
Ha egy cső alakú reaktor egy részleges elegyedés a reakcióelegy, van egy összehangolása koncentrációk és reakció-térfogat sebességek. A tényleges reaktorok ilyen összehangolás történik diffúzióval és konvekciós. Ebben a tekintetben különösen nemkívánatos diffúzió mentén az áramlási tengely, az úgynevezett hosszanti (vagy fordított) keveréssel. ami a görbe laposabbá koncentráció és csökkenti a „közepes” sebesség és a fajlagos termelékenység (lásd. alább).
Egyenletből lehet számítani szakaszok száma, előre meghatározott térfogatú eléréséhez szükséges egy adott átalakulási fok XA:
Ha kapott a számítás a (18) egyenlet, az n szám frakcionált, le van kerekítve, hogy a feltétel teljesült. megfelel a szakaszok száma kaszkád.
és görbe rA (CA) nem fog találkozni állapot
Az elemek listája
A lista előadások