Математическое описание изотермических реакторов

В данной работе рассмотрены три варианта конструктивного оформления процесса химического превращения: РИС, РИВ и каскад РИС на примере двух химических реакций:

 

(3.1)

 

(3.2)

 

 

Реакция (3.1) является простой необратимой, реакция (3.2) – параллельной. В обоих случаях целевым продуктом является компонент R. Для определения технологических критериев необходимо соста­вить уравнения математического описания всех указанных типов реак­торов с учетом кинетики реакции. Рассмотрим модели непрерывных реакторов для проведения реакции (3.1).

3.3.1 Реактор идеального вытеснения (РИВ)

Для изотермического реактора математическое описание пред­ставляет собой систему уравнений материального баланса по компо­нентам:

 

 

(3.3)

3.3.2 Реактор идеального смешения (РИС)

Уравнения материального баланса в стационарных условиях представляют собой систему вида:

 

(3.4)

 

 

3.3.3 Каскад реакторов идеального смешения (РИС- m)

Параметром этой модели является число ячеек m. Система уравнений материального баланса по компонентам для j-ячейки имеет вид:

(3.5)

В системы уравнений (3.3), (3.4), (3.5) входят: – время пребыва­ния в реакторе, c; – время пребывания в j-й ячейке, с; начальные концентрации компонентов, моль/м³; С_а, С_в, C_R, C_S – текущие значения концентраций, моль/м³; k – константа скорости реакции, м³ /(моль с).

В результате решения систем уравнений (3.3)-(3.5) можно рассчитать концентрации всех компонентов, а затем и технологические критерии (программа № 4, Приложение А).

Ниже приведены системы уравнений материального баланса по компонентам для РИВ и РИС соответственно применительно для ре­акции (3.2).

(3.6)

 

(3.7)

 

В результате численного решения систем уравнений (3.6), (3.7) (программа № 5, Приложение А) получают значения концентраций компонентов на выхо­де из реактора и значения технологических критериев.

Задание

3.4.1 Определить изменение концентрации компонентов А и В во времени для реакции (3.1) при проведении ее в реакторах различного типа: РИВ, РИС и каскад РИС, используя программу № 4 (Приложение А) и исходные данные, приведенные ниже. Построить зависимость для РИВ с теоретическим значением константы скорости реакции и с эксперимен­тально полученной, приведенной в таблице. Сравнить данные расчетов. Определить степень превращения Х_А и выход целевого продукта Ф_R, используя теоретическое значение константы скорости реакции. Срав­нить эффективность работы реакторов и предложить тип реактора для проведения данной реакции. Обосновать выводы.

Исходные данные:

- константа реакции k = 0,08 л/(моль с);

- время пребывания = 600 с;

- объем реактора V=l л;

- объемный расход реакционного потока л/с;

- начальные концентрации определяются по формулам: и , что соответствует различному отношению объемов компонентов А и В (1: N-1). Параметр N выбрать из таблицы 3.1 согласно номеру варианта.

 

Таблица 3.1 – Варианты заданий

Номер варианта
N
k экспер	0,085	0,090	0,083	0,075	0,078	0,086	0,091	0,084	0,077
, с

3.4.2 По графику C_A=f() определить время пребывания, при котором достигается такая же степень превращения, как и в РИС при =600. Сравнить объемы реакторов V_РИВ/V_РИС. Сделать необходимые выводы.

3.4.3 Рассчитать реакторы идеального смешения и идеального вытеснения для параллельной реакции (3.2), используя программу № 5 (Приложение А) и исходные данные:

k₁ =l,692^.10^-4 1/с;

k₂= 1,708^.10^-41/с; моль/л;

объемный расход реакционного потока v₀=0,005 л/с.

Время пребывания указано в таблице согласно номеру варианта.

Определить степень превращения Х_А, выход продукта Ф_R в различных реакторах при заданном времени пребывания. Сравнить эффективность реакторов по этим технологическим критериям. Определить время пре­бывания и выход целевого продукта в различных реакторах при дости­жении одинаковых степеней превращения. По заданному расходу пото­ка вычислить объемы реакторов, сравнить полученные данные, сделать необходимые выводы.

 

3.5 Контрольные вопросы

1. Какие реакторы идеального типа вы знаете? Чем они характеризуются?

2. Сформулируйте основные допущения модели каскада реакторов идеального смешения.

3. Назовите основные технологические критерии реакционных процессов.

4. В каких случаях применяется такой показатель, как селективность?

5. Назовите область применения идеальных моделей для расчета химических реакторов.

6. Какую роль играет кинетика химического процесса при выборе типа реактора?

7. Укажите основные недостатки и достоинства реакторов периодического действия. В каких производствах чаще всего встречаются такие реакторы?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: