4. téma kémiai reaktorok
1) Formázza meg az ideális keverési modell feltevéseit.
Az ideális keverési modell esetében számos feltevést fogadunk el. Feltételezzük, hogy az intenzív keverés eredményeként a reaktor bármely pontján feltétlenül azonos feltételek jönnek létre: a reagensek és termékek koncentrációja, a reagensek konverziójának mértéke, a hőmérséklet, a kémiai reakció sebessége,
2) Miért, az ideális keverőreaktor egyensúlyegyenletének elkészítésekor a reaktor teljes térfogata az elemi térfogatnak tekinthető?
Az anyagmérleg összetevői meghatározhatók:
Az átalakulás után megkapjuk az áramló kémiai reaktor elemi térfogatának anyagmérlegének egyenletét:
3) Az ideális keverés periódikus reaktorához az anyagmérleg egyenletét adja meg.
Egy periodikus reaktor egy reaktor, ahol a reaktánsokat betáplálják és végrehajtják a HTP alkalmazásával; a reakció során rendszeresen nem adunk hozzá semmit, és nem veszi a reaktorból.
Az időszakos ideális keverőreaktor anyagmérlegének egyenlete az egyenlet részleges esete
feltéve hogy u:
A (4.1) egyenlet átalakul és integrálódik:
Vagy ha a J anyag a kiindulási reagens, akkor a CJ koncentrációja a konverzió szempontjából kifejezhető:
4) Elemezze az időszakos cselekvés reaktorainak fő hiányosságait és érdemeit. Mely ágazatokban gyakoribbak ilyen reaktorok?
Az egyenértékből (5.1.) Számított idő a "tiszta" idő, amely a kémiai átalakulás elvégzéséhez szükséges. Annak érdekében azonban, hogy a RIS-P folyamatot a "reakciós" idő mellett lehessen végrehajtani, a reaktánsok betöltéséhez szükséges kiegészítő időt kell tölteni, eltávolítani a reaktort a kívánt technológiai rendszerbe, kirakni és tisztítani. A RIS-P művelet egy ciklusának teljes időtartama az alap ciklusból áll. és segéd tVsp.
A segédidő jelenléte τvsp. a kémiai reaktor termelékenységének csökkenéséhez vezet. Más hátrányok a manuális munkavégzés magas költségei, az automatizálási feladatok megoldásának bonyolultsága (mivel a reaktor feltételei idővel változóak).
Azonban a RIS-P-t általában a reakciókörülmények széles skálájához lehet igazítani, ami akkor szükséges, ha ugyanazon a növényen különböző vegyipari termékek előállítására van szükség.
5) Írja le az anyagmérleg egyenletét egy álló, tartós, ideális keverékű reaktorra.
Az RIS-N anyagmérleg egyenlete, álló helyzetben:
ahol uz a z tengely sebességének vetülete.
Ezt az egyenletet véges különbség formájában képviseljük:
ahol A a reaktor "élő" szakaszának területe;
6) Mi a különbség a reagensek valós és átlagos tartózkodási idejében az áramlásreaktorban? Mely típusú áramlási reaktorok a tényleges és az átlagos tartózkodási idő egybeesnek?
A részecskék tényleges tartózkodási ideje az áramláskeverő reaktorban egy random változó, ellentétben a reaktorban lévő reaktánsok tartózkodási idejével, amely 0 és ∞ között változhat.
8) Formázza meg az ideális elmozdulási modell feltevéseit. Milyen feltételek mellett lehet ideális represszióval megközelíteni az ideális reaktort?
A RIV egy hosszú csatorna, amelyen keresztül a reakcióelegy a dugattyús üzemmódban mozog. Mindegyik áramlási elem hagyományosan kiosztott két sík merőleges a csatorna tengelyére mozog rajta keresztül, mint egy szilárd anyagú dugattyút, kiszorítja az előző áramlási elemek és keverés nélkül bármely előző vagy a következő elem (lásd az 1.).
Ideális elmozdulás lehetséges, ha a következő feltételezések készülnek:
- a mozgó áramlás sík profilja lineáris sebesség;
- Az áramlási tengely irányában semmiféle ok nem következik be;
- Minden egyes szakaszon az áramlás tengelyére merőlegesen a folyamat paraméterei (koncentráció, hőmérséklet stb.) Teljesen igazodnak.
Az 1. ábra a RIV sematikus ábrázolása
Meg kell jegyezni, hogy ezeket a feltételezéseket nem szigorúan figyelik a valós eszközök. Hidraulikától ismert, hogy még egy nagyon sima áramlási csatorna forgalmi, azzal jellemezve, hogy a magas Reynolds-számok a csatorna falai vannak úgynevezett határ, viszkózus alréteg, ahol a lineáris sebesség gradienst nagyon nagy. Az ideális elmozdulás maximális megközelítése csak a fejlett turbulens rendszerben lehetséges. Példák a RIV-re abszorberek, deszorpusok, tornyok fúvókával és öntözéssel.
10) Írja be az ideális elmozdító reaktor anyagmérlegének egyenletét differenciális formában. Milyen közlekedési jelenségek tükröződnek ebben az egyenletben?
egyensúlyegyenlet egyenlő formában
11) Mi a fő oka, amelyen elérni ugyanazt a konverziós foka ugyanolyan reakciókörülmények között az áramlás reaktorban a tökéletes keveredés igényel lényegesen hosszabb tartózkodási idő a reakcióelegyben, mint a reaktorban a tökéletes keveredés?
Ez a tény könnyen magyarázható a reagensek koncentrációjának ezen reaktorok térfogatában történő eloszlásának természetével. Ha az áramlás reaktor ideális keverési koncentráció minden pontján egyenlő a végső koncentráció, a dugós áramlású reaktor két szomszédos pont a reaktánsok koncentrációja a reaktor tengelye különböző.
12) elemzi az áramlási reaktor érdemeit és károsodásait, a rendszert, amely közel áll az ideális keveréshez, a reaktorhoz képest olyan rendszer, amely közel áll az ideális elmozduláshoz.
Az áramlási reaktorok összehasonlításával az alábbi következtetéseket vonhatjuk le:
1) néha előnyösebb a RIV, és néha a RIS-H alkalmazása;
2) a reakciót azonos körülmények között végezzük;
3) azonos feltételek mellett ugyanazt a reakciót végrehajtva a RIV reaktorok nagyobb hidraulikus ellenállással rendelkeznek (magasabb működési költségek);
4) A RIV sokkal nehezebb tisztítani;
5) A RIS-H konstruktívabb, de a reagensek alacsony koncentrációja miatt alacsony a kémiai reakció. A RIS-N hiányosságainak kiküszöbölésére a RIS-kaszkádot (R-RIS) használják.
13) alkotják az ideális kaszkádreaktor kaszkád modell fő előnyeit.
A K-RIS egy összekapcsolt RIS-H sorozat. A reakcióelegy minden szakaszon átmenő. Például egy tálca oszlop (2.
A К-РИС számára két feltétel teljesülése szükséges:
- minden szakaszban teljesülnek a RIS munkakörülményei;
- Nincs fordított hatása, vagyis a következő szakasz munkája nem befolyásolja az előző szakaszok munkáját.
Az izotermikus üzemmódban működő K-RIS matematikai leírása egy RIS-H egyenlet, feltéve, hogy az előző szakasz paramétere a következő szakasz kezdeti paramétere.
2. ábra - Az ideális keverés reaktorainak kaszkádja
14) bizonyítják, hogy az ideális keverési kaszkád modellje az ideális elmozdulás és az ideális keverés között áll.
Vegyük figyelembe az A reagens koncentrációjának meghatározását a reaktorok kaszkádából való kivezetésnél.
3. ábra - A reagenskoncentráció változása egyetlen RIS 1, RIV 2 és az ideális keverőreaktorok kaszkádjában 3
ahol Vi az i-ik szakasz reakciótérfogata;
- a reakcióelegy átlagos tartózkodási ideje az i. szekcióban;
- az A reakcióhely koncentrációja;
CA az A komponens koncentrációja.
Számítás idealnogosmesheniya fokozatú reaktorok általában csak egy előre meghatározott számú szakaszt opredeoeniyu térfogat eléréséhez szükséges egy bizonyos fokú átalakítás, vagy összetételének meghatározásához a reakcióelegy kimeneténél az i-edik szakasz a kaszkád.
17. Mutassa be a hosszanti keverés megjelenését egy csőreaktorban, amelyen keresztül a reakcióáramlás lamináris módon mozog.
Ha figyelembe vesszük a reaktorban előforduló összes folyamatot, akkor be kell vezetnünk egy hosszanti keverési együtthatót, amely magában foglalja a molekuláris diffúzió koefficiensét és a turbulens diffúzió koefficiensét. Ha radiális diffúziót veszünk figyelembe, akkor be kell vezetni a sugárirányú diffúziós együtthatót, majd a modell kétváltozós lesz. A különböző jelenségek ugyanazon egyenletekkel íródnak le, de különböznek az egyértékűség és a számtani együtthatók körülményei között, amelyeket a modell paramétereinek neveznek. A gyakorlatban általában csökkentik a paraméterek számát. Tény, hogy minél több paraméter, annál összetettebb a kísérlet, annál nehezebb az eredmények feldolgozása, annál nagyobb a hiba.
20) Milyen feltételezések merülnek fel egy elmozdító reaktor egyparaméteres diffúziós modelljének matematikai leírásával?
Egy matematikai egyparaméteres modell nyerhető az áramlási reaktor elemi térfogatának anyagmérlegének egyenletéből a RIA körülmények között és stagnáló zónák, recycles és belső bypassok hiányában.
ahol UZ a lineáris áramlás sebessége a reaktor tengely irányában;
A DL a hosszirányú keverési együttható.
Ennek során elfogadjuk a következő feltételezéseket:
mint az ideális elmozdulási modell esetén, az összes körülmény a reaktornak a főáramra merőleges szakaszán, azaz a fázisárammal szemben van. a koncentráció, a hőmérséklet csak a reaktor tengelye mentén változik;
Nincsenek stagnáló zónák és bypass áramlások a készülékben.
22) Miért általában először dimenzió nélküli formára redukálódik a diffúziós modell egyenletének megoldása érdekében?
Kényelmesen méretezhető formában ábrázolja új változó bevezetésével. ahol L a reaktor hossza.
Aztán. A kapcsolat és a kifejezés (13) figyelembe vételével a (14) egyenlet a következőképpen ábrázolható:
24) Formázza meg a reaktánsok tartózkodási idejének integrált és differenciális eloszlásának alapvető tulajdonságait az áramlási reaktorban.
A sejt- és egyparaméteres modellek esetében az F (r) és a C (τ) függvényt a dimenzió nélküli időre építjük (4, 5.
4. ábra - Differenciál
időelosztási funkciókat
maradjon a sejtmodellhez
5. ábra - Integrált
időelosztási funkciókat
maradjon a sejtmodellhez
A 4. ábrán látható az integrált elosztási függvények az ideális keverőreaktorok kaszkádjához, ugyanazon szakaszokból az N különböző értékeihez.
Az F (τ) függvény megkülönböztetésével különbségeloszlási függvényt kaphatunk
Az 1. ábrán. Az 5. ábra a differenciális eloszlásfüggvény a sejt modell különböző értékei N. Ha figyelembe vesszük a sejt modell, azt állították, hogy egy ideális keverési áramlási reaktorok és a plug flow lehet modell által leírt. Valójában N = 1 esetén az egyenlet egyenletgé alakítható
ideális keverőreaktorhoz és N → ∞ esetén
vagyis az ideális elmozdító reaktor elosztási függvénye.
Így, ha a válasz görbe kísérletileg egy reaktorban valódi hidrodinamikai rendszer, majd összehasonlítja a számított görbék a sejt modell, meg tudjuk határozni az értéke a modell-paraméter N.
25, 26) Bizonyítsuk be, hogy a mutató lépésenkénti beviteli görbéje az áramlási reaktorba egybeesik a tartózkodási idő integrált elosztási funkciójával.
a - az indikátor beillesztésekor; b - az indikátor impulzus bemenetével.
6. ábra - Válasz görbék a RIS-H-ben
Az 1. ábrán. A 6. ábra az ideális keverésű áramlási reaktorban a tartózkodási idő integrált és differenciális eloszlási funkcióit mutatja.
27) Melyek a fő elválasztások a reaktor izotermikus és adiabatikus működési körülményei között hőcserélő körülmények között?
adiabatikus körülmények között az átalakulás mértékének növekedését a hő és a fűtés felszabadulása és az izoterm hőmérséklet állandó marad.
30) A rendszer grafikus megoldásánál az ideális keverésű adiabatikus reaktor anyag- és hőegyensúlyának egyenletei elemzik a reaktorban elért átalakulás mértékének növelését abban az esetben, ha ott végzik:
a) visszafordíthatatlan exoterm reakció;
b) reverzibilis endoterm reakció.
