Уравнение материального баланса рис на

Реактор идеального смешения непрерывного действия

(РИС- Н)

Для получения большого количества продуктов одинакового качества используют РИС-Н. По определению РИС-Н, работающего в стационарных условиях, в уравнении материального баланса (8.3) будет отсутствовать диффузионный перенос и накопление вещества в реакторе.

Уравнение материального баланса РИС-Н, работающего в стационарном режиме:

Уравнение материального баланса рис на, (8.9)

где uz – проекция скорости на ось z.

Представим это уравнение в конечно-разностной форме:

Уравнение материального баланса рис на; Уравнение материального баланса рис на; Уравнение материального баланса рис на; Уравнение материального баланса рис на,

где А – площадь «живого» сечения реактора;

Уравнение материального баланса рис на– среднее время пребывания реагентов в проточном реакторе.

Уравнение материального баланса рис наи Уравнение материального баланса рис на. (8.10)

Эти уравнения материального баланса можно использовать не только для определения среднего времени пребывания Уравнение материального баланса рис наи 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 определить концентрацию на выходе из реактора.

Рассмотрим простую необратимую реакцию первого порядка Уравнение материального баланса рис на

Уравнение материального баланса рис наи Уравнение материального баланса рис на. (8.11)

Зачастую скорость сложных реакций с невыясненным до конца механизмом выражают в виде кинетических уравнений дробного порядка. В этом случае аналитическое решение оказывается невозможным, и приходится прибегать к численным методам расчета:

Уравнение материального баланса рис на. (8.12)

Уравнение материального баланса рис на Уравнение материального баланса рис на. (8.13)

Полученное уравнение состоит из двух частей: слева – кинетическое уравнение, которое можно определить по закону действующих масс, а справа – уравнение прямой линии, где угловой коэффициент равен (-1/ Уравнение материального баланса рис на). Построив кривую и прямую в координатах WrA – CA, получим точку пересечения М, которая позволяет определить концентрацию СА на выходе из реактора (рисунок 8.11).

Уравнение материального баланса рис на

Рисунок 8.11 – Графический метод определения концентрации

реагента на выходе из РИС-Н

9 РЕАКТОР ИДЕАЛЬНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ.

СРАВНЕНИЕ ПРОТОЧНЫХ РЕАКТОРОВ

РИВ представляет собой длинный канал, через который реакционная смесь движется в поршневом режиме. Каждый элемент потока условно выделяется двумя плоскостями, перпендикулярными оси канала, движется через него как твердый поршень, вытесняя предыдущие элементы потока и не перемешиваясь ни с предыдущими, ни со следующими за ним элементами (рисунки 9.1, 9.2).

Идеальное вытеснение возможно при выполнении следующих допущений:

— движущийся поток имеет плоский профиль линейных скоростей;

— отсутствует обусловленное любыми причинами перемешивание в направлении оси потока;

— в каждом отдельно взятом сечении, перпендикулярном оси потока, параметры процесса (концентрации, температуры и т.д.) полностью выравнены.

Следует отметить, что строго эти допущения в реальных аппаратах не выполняются. Из гидравлики известно, что даже в очень гладких каналах при движении потока, характеризующегося высокими числами Рейнольдса, у стенок канала существуют так называемый пограничный, вязкий подслой, в котором градиент линейной скорости очень велик. Максимально приблизиться к идеальному вытеснению можно лишь в развитом турбулентном режиме. Примерами РИВ являются абсорберы, десорберы, башни с насадкой и орошением.

Уравнение материального баланса рис на

Рисунок 9.1 – Схематическое изображение РИВ

Уравнение материального баланса рис на

Рисунок 9.2 – Распределение вдоль оси реактора концентрации

исходного реагента в РИС-Н (1) и РИВ (2)

Из определения РИВ следует, что в реакторе отсутствует диффузионный перенос:

(-UZ Уравнение материального баланса рис на– WrJ ) = Уравнение материального баланса рис на. (9.1)

Если реактор работает в стационарном режиме, то отсутствует накопление вещества в реакторе:

(-UZ Уравнение материального баланса рис на– WrJ)= 0 . (9.2)

Принимаем V/n= Уравнение материального баланса рис на. Если площадь «живого» сечения реактора постоянная, то

UZ = Уравнение материального баланса рис на, (9.3)

где А – площадь «живого» сечения.

После преобразований и интегрирования получаем

Уравнение материального баланса рис на– WrJ = 0. (9.4)

Уравнение материального баланса рис наи Уравнение материального баланса рис на. (9.5)

Получили выражения, аналогичные РИС-П (отличие: для РИВ –среднее время пребывания частиц Уравнение материального баланса рис на, а для РИС-П – физическое время Уравнение материального баланса рис на).

В РИВ концентрация выше, чем в РИС-Н, следовательно, больше скорость химической реакции. Если условия проведения реакции Уравнение материального баланса рис наодинаковые, то можно сравнить эффективность РИВ и РИС-Н графически.

Уравнение материального баланса рис на; Уравнение материального баланса рис на; (9.6)

Уравнение материального баланса рис на; Уравнение материального баланса рис на. (9.7)

В координатах Уравнение материального баланса рис наи Уравнение материального баланса рис на

Уравнение материального баланса рис наплощадь под криволинейной трапецией;

Уравнение материального баланса рис наплощадь прямоугольника (рисунок 9.3).

Уравнение материального баланса рис на

Рисунок 9.3 – Графическое сравнение проточных реакторов

идеального смешения и вытеснения как площадей

На практике не всегда стремятся к поддержанию более высоких концентраций исходных реагентов (т.е. малому объему реактора). При проведении параллельных реакций разного порядка в том случае, если порядок целевой реакции меньше порядка побочной реакции (n1 n2;

Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 3164 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать

Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 класс

Материальный баланс РИС-Н

Описание модели РИС-Н

Реактор идеального смешения непрерывного действия представляет собой ёмкостный аппарат с перемешивающим устройством. Реакционная смесь подается в аппарат и выгружается из него непрерывно.

Уравнение материального баланса рис на

Рисунок. Схема проточного реактора идеального смешения:

1 – геометрический объем реактора;
2 – реакционный объем;
3 – мешалка;
4 – штуцер для аварийного опорожнения реактора.
Vo – объемный расход реакционной смеси;
САо, ХАо – начальная концентрация и степень превращения реагента А;
СА, ХА – конечная концентрация и степень превращения реагента А;
Т.Н. – теплоноситель или хладагент.

В РИС-Н выполняются следующие допущения:

1. В результате интенсивного перемешивания все параметры в реакционном объёме полностью выравнены.

2. Изменение параметров входного потока при попадании в реакционный объём происходит мгновенно.

3. Параметры выходного потока равны параметрам внутри реакционного объёма.

Для реакторов непрерывного действия характерен стационарный режим работы, то есть параметры в реакторе не изменяются с течением времени. Неустановившееся состояние наблюдается только в пусковой период и в период остановки реактора.

В дальнейшем все реакторы непрерывного действия будут рассматриваться только в стационарном режиме, когда отсутствует накопление вещества и тепла.

Исходя из идеальности перемешивания, в качестве элементарного объема для реактора идеального смешения можно принять весь реакционный объем реактора Vр. По условию стационарности в качестве элементарного промежутка времени можно принять любой промежуток времени τ.

Уравнение материального баланса рис наУравнение материального баланса рис на

Изменение концентрации реагента А в реакторе идеального смешения непрерывного действия по реакционному объему аппарата и по времени

В реальных условиях приблизиться к режиму идеального смешения можно, применяя интенсивное перемешивание реакционной смеси. Наряду с этим, форма и размеры емкостного аппарата должны быть оптимальными для уменьшения объема застойных зон.

Материальный баланс РИС-Н

Материальный баланс показывает изменение количества реагента или продукта за счёт его поступления (со знаком плюс) и расходования (со знаком минус) в элементарном объёме за элементарный промежуток времени.

Запишем материальный баланс РИС-Н по взятому в недостатке реагенту A:

Уравнение материального баланса рис на

Здесь NAвх − количество (в молях) реагента A, поступающего со входящим в элементарный объём потоком реакционной массы за элементарный промежуток времени,

NAвых − количество (в молях) реагента A, уходящего с выходящим из элементарного объёма потоком реакционной массы за элементарный промежуток времени,

NAх.р − количество (в молях) реагента A, расходуемого на протекание химической реакции в элементарном объёме за элементарный промежуток времени.

Входящие в состав материального баланса РИС-Н слагаемые могут быть выражены через параметры процесса следующим образом:

Уравнение материального баланса рис на(здесь CAo − начальная концентрация реагента A, Vo− объёмный расход реакционной смеси, τ − элементарный промежуток времени)

Уравнение материального баланса рис на(здесь CA − конечная концентрация реагента A, Vo − объёмный расход реакционной смеси, τ − элементарный промежуток времени)

Уравнение материального баланса рис на(здесь WA − скорость химической реакции по компоненту A, Vр − реакционный объём реактора, τ − элементарный промежуток времени)

При подстановке полученных выражений в уравнение материального баланса РИС-Н получим:

Уравнение материального баланса рис на

Преобразуем выражение, сократив на элементарный промежуток времени τ, и вынеся за скобку объёмный расход смеси Vo:

Уравнение материального баланса рис на

Отношение реакционного объёма реактора Vр к объёмному расходу реакционной смеси Vo соответствует среднему времени пребывания частиц в проточном реакторе:

Уравнение материального баланса рис на

Выразив среднее время пребывания частиц в реакторе, получим характеристическое уравнение РИС-Н:

Уравнение материального баланса рис на

Учитывая, что Уравнение материального баланса рис на, получаем:

Уравнение материального баланса рис на

Тепловой баланс РИС-Н

Тепловой баланс показывает изменение количества теплоты за счёт её поступления (со знаком плюс) и расходования (со знаком минус) в элементарном объёме за элементарный промежуток времени.

Запишем тепловой баланс политермического РИС-Н:

Уравнение материального баланса рис на

Здесь Qвх − количество теплоты, поступающей со входящим в элементарный объём потоком реакционной массы за элементарный промежуток времени,

Qвых − количество теплоты, уходящей с выходящим из элементарного объёма потоком реакционной массы за элементарный промежуток времени,

Qх.р − количество теплоты, выделяющейся (со знаком плюс) или поглощаемой (со знаком минус) при протекании химической реакции в элементарном объёме за элементарный промежуток времени,

Qт.о − количество теплоты, вносимой (со знаком плюс) в элементарный объём или отводимой (со знаком минус) из него за счёт теплообмена с теплоносителем или хладагентом за элементарный промежуток времени.

Входящие в состав теплового баланса РИС-Н слагаемые могут быть выражены через параметры процесса следующим образом:

Уравнение материального баланса рис на

(здесь ρo − плотность входящей в элементарный объём реакционной смеси, Vo − объёмный расход реакционной смеси, cpo − удельная теплоёмкость входящей в элементарный объём реакционной смеси, To − температура входящей в элементарный объём реакционной смеси, τ − элементарный промежуток времени),

Уравнение материального баланса рис на

(здесь ρ − плотность выходящей из элементарного объёма реакционной смеси, Vo − объёмный расход реакционной смеси, cp − удельная теплоёмкость выходящей из элементарного объёма реакционной смеси, T − температура выходящей из элементарного объёма реакционной смеси, τ − элементарный промежуток времени)

Уравнение материального баланса рис на

(здесь ΔH − тепловой эффект химической реакции, WA − скорость химической реакции по компоненту A, Vр − реакционный объём реактора, τ − элементарный промежуток времени)

Уравнение материального баланса рис на

(здесь Kт − коэффициент теплопередачи между теплоносителем или хладагентом и реакционной массой, F − поверхность теплообмена между теплоносителем или хладагентом и реакционной массой, ΔT − положительная разность температур между теплоносителем или хладагентом и реакционной массой, τ − элементарный промежуток времени).

При подстановке полученных выражений в уравнение теплового баланса РИС-Н получим:

Уравнение материального баланса рис на

Преобразуем выражение, сократив на элементарный промежуток времени τ, и предполагая, что плотность и теплоёмкость реакционной смеси слабо зависят от температуры (ρocpo ≈ ρcp):

Уравнение материального баланса рис на

Выразим из материального баланса РИС-Н скорость реакции WA:

Уравнение материального баланса рис на

Уравнение материального баланса рис на

Подставим это выражение в тепловой баланс и разделим все слагаемые на CAoVo:

Уравнение материального баланса рис на

Учитывая, что мольная теплоёмкость с ‘ p может быть рассчитана по формуле Уравнение материального баланса рис на, получим конечное выражение теплового баланса для политермического РИС-Н:

Уравнение материального баланса рис на

В случае адиабатического теплового режима, характеризующегося отсутствием теплообмена реакционной смеси с теплоносителем или хладагентом (тепловая изоляция реактора), тепловой баланс РИС-Н примет вид:

Уравнение материального баланса рис на=> вся теплота, выделяемая или поглощаемая в ходе химической реакции, идёт на изменение температуры реакционной смеси.

В случае изотермического теплового режима, характеризующегося постоянством температуры реакционной смеси, можно принять Qвх ≈ Qвых:

Уравнение материального баланса рис на=> вся теплота, выделяемая или поглощаемая в ходе химической реакции, компенсируется теплообменом с хладагентом или теплоносителем.

Видео:Уравнивание реакций горения углеводородовСкачать

Уравнивание реакций горения углеводородов

Математические модели процессов в идеальных реакторах

Математическая модель реактора – некоторое упрощенное изображение процесса в реакторе, которое сохраняет наиболее существенные свойства реального объекта и передает их в математической форме [1]. Модели идеальных химических реакторовпредставлены на рис. 14.

Рассмотрим сначала реакторы, работающие в изотермическом режиме. Так как в таких реакторах внутри их объема отсутствует движущая сила теплообмена (∆Т = 0), то из математической модели реактора первоначально можно исключить уравнение теплового баланса. В таком случае математическая модель сводится к уравнению материального баланса, учитывающему химическую реакцию и массообмен. Для дальнейшего упрощения математической модели можно выделить в самостоятельную группу реакторы с идеальной структурой потока – идеального смешения и идеального вытеснения. Допущения об идеальной структуре потока позволяют исключить ряд операторов из общего уравнения материального баланса (63) и тем самым существенно упростить расчеты на основе этого уравнения.

Рис. 14. Схемы реакторов:

а – реактор идеального смешения периодический (РИС-П); б – реактор идеального смешения

непрерывный (проточный) (РИС-Н); в – реактор идеального вытеснения (РИВ):

Vр – реакционный объем; С0, С – концентрация реагента на входе в реактор и выходе из него;

Т0, Т – температура на входе и выходе

Реакторы периодические характеризуются одновременной загрузкой реагентов. При этом процесс складывается из трех стадий: загрузки сырья, его обработки (химического превращения) и выгрузки продукта. После проведения этих операций они повторяются вновь, т. е. работа реактора осуществляется циклически.

Время одного цикла, проводимого в периодическом реакторе, определяется уравнением

где τп – полное время цикла; τ – рабочее время, затрачиваемое на проведение химической реакции; τв – вспомогательное время, затрачиваемое на загрузку реагентов и выгрузку продукта.

Реактор идеального смешения периодический (РИС-П). Это реактор периодического действия с перемешивающим устройством. Перемешивание в таком реакторе настолько интенсивное, что в каждый данный момент времени концентрация реагентов одинакова по всему объему реактора и меняется лишь во времени по мере протекания химической реакции [10].

Изменение концентрации исходного вещества А во времени и по объему для реакции, протекающей в периодическом реакторе идеального смешения, показано на рис. 15.

Периодические процессы по своей природе всегда являются нестационарными, так как в них за счет химической реакции происходит изменение во времени параметров процесса, например концентрации веществ, участвующих в реакции, т. е. имеет место накопление вещества.

Рис. 15. Распределение концентрации реагента А в РИС-П:

а – по времени; б – по объему: СА0, СА1 – концентрация реагента А

в реакционной смеси соответственно в начале и конце процесса; t – время

Математической моделью РИС-П является его характеристическое уравнение. Исходя из этого уравнения, представляется возможным установить размеры реактора, а также исследовать эту модель с точки зрения определения оптимальных значений всех параметров, входящих в характеристическое уравнение.

Исходным соотношением для получения характеристического уравнения реактора, как уже отмечалось, является уравнение материального баланса в дифференциальной форме (63).

В РИС-П все параметры (в том числе и концентрация СА реагента А) одинаковы по всему объему реактора в любой момент времени, так как реакционная смесь интенсивно перемешивается. Производная любого порядка от концентрации по х, y, z равна нулю, поэтому можно записать

Уравнение материального баланса рис на; (77)

Уравнение материального баланса рис на(78)

С учетом полученных значений уравнение (63) упрощается и может быть записано не в частных производных, а в виде обыкновенного дифференциального уравнения:

Уравнение материального баланса рис на(79)

При выражении скорости реакции по исходному веществу А Уравнение материального баланса рис на. Поэтому перед Уравнение материального баланса рис наи vA ставят знак «–», чтобы скорость являлась положительной величиной.

Текущую концентрацию реагента А рассчитывают по уравнению

Уравнение материального баланса рис на(80)

где NА – начальное химическое количество исходного вещества А в реакционной смеси; V – объем реакционной смеси.

Все реакции протекают либо без изменения, либо с изменением объема реакционной смеси. Для реакций первого типа (V = const) текущая концентрация реагента А составляет

Уравнение материального баланса рис на(81)

Подставив полученное выражение для СА в уравнение (79), находим

Уравнение материального баланса рис на(82)

Уравнение материального баланса рис на(83)

Интегрируя уравнение (83) в пределах изменения времени от 0 до τ и степени превращения от 0 до хА, получаем характеристическое уравнение РИС-П для условий, когда объем реакционной смеси не изменяется в течение процесса:

Уравнение материального баланса рис на(84)

Рассмотрим некоторые частные случаи этого уравнения.

Для необратимой реакции n-го порядка скорость реакции выражается уравнением

Уравнение материального баланса рис на

vA Уравнение материального баланса рис на(85)

где k – константа скорости химической реакции.

Подставив полученное значение для –vA в уравнение (84) и учитывая, что константа скорости k – величина постоянная в изотермических условиях, получим

Уравнение материального баланса рис на(86)

Для необратимой реакции нулевого порядка формула имеет вид

–vA = k Уравнение материального баланса рис на= k. (87)

Поэтому из уравнения (84) следует, что

Уравнение материального баланса рис на(88)

Для необратимой реакции первого порядка выражение примет следующий вид:

–vA = k Уравнение материального баланса рис на= k Уравнение материального баланса рис на, (89)

поэтому подстановкой этого значения в уравнение (84) получаем

Уравнение материального баланса рис на(90)

Уравнение материального баланса рис на(91)

В тех случаях, когда интегрирование уравнения (84) связано с трудностями, определение времени τ производят методом графического интегрирования. Для этого строят графическую зависимость 1 / (– vА) от хА и вычисляют площадь под кривой между начальным хА0 и конечным хА значениями степени превращения. Для хА0 = 0 искомая площадь (рис. 16) выражается уравнением

Уравнение материального баланса рис на. (92)

Подставив полученное значение для S в уравнение (84), находим

Уравнение материального баланса рис на(93)

Уравнение материального баланса рис наУравнение материального баланса рис на

Рис. 16. Графический расчет реактора идеального смешения периодического

Реакторы непрерывного действия (проточные реакторы): реактор идеального смешения (РИС-Н) и реактор идеального вытеснения (РИВ).В реакторах непрерывного действия питание их реагентами и отвод продуктов реакции осуществляется непрерывно.

Если в периодическом реакторе можно непосредственно (по часам) измерить продолжительность реакции, так как показатели процесса меняются во времени, то в реакторе непрерывного действия это сделать невозможно (при установившемся режиме параметры не меняются со временем). Поэтому для непрерывных реакторов удобней пользоваться понятием условного времени пребывания реагентов в системе (времени контакта), которое определяется уравнением

τ = Уравнение материального баланса рис на(94)

где τ – время пребывания; Vр – объем реактора; V0 – объем реакционной смеси, поступающей в реактор в единицу времени (объемный расход реагентов), измеренный при определенных условиях.

Поскольку ВА0 = СА0V0, где ВА0 – молярный расход реагентов, то выражение (94) может иметь вид

Уравнение материального баланса рис на(95)

Проточные реакторы отличаются различным характером перемещения в них вещества (гидродинамической обстановкой). По этому признаку непрерывные реакторы разделяют на реакторы идеального вытеснения (РИВ) и реакторы идеального смешения (РИС).

Реактор идеального вытеснения представляет собой трубчатый реактор с отношением длины трубки L к ее диаметру d большим 20, в который подаются исходные реагенты, превращающиеся по мере перемещения их по длине реактора в продукты реакции (рис. 17).

Рис. 17. Изменение концентрации и степени превращения реагента А

по длине реактора (ВА – расход реагента А, кмоль/ч)

Гидродинамический режим в РИВ характеризуется тем, что любая частица потока движется только в направлении основного потока в реакторе, обратное перемешивание отсутствует, как и перенос вещества по сечению, перпендикулярному направлению основного потока (радиальное), так как предполагается, что распределение вещества по этому сечению равномерное.

Каждый элемент объема реакционной массы dVр движется по длине реактора, не смешиваясь с предыдущими и последующими элементами объема, и ведет себя как поршень в цилиндре, вытесняя все, что находится перед ним. Поэтому этот режим движения реагентов называют также поршневым, или режимом полного вытеснения.

Состав такого элемента объема последовательно изменяется по длине реактора, вследствие протекания химической реакции. Например, концентрация исходного реагента А постепенно изменяется по длине реактора от начального значения СА0 до конечного СА (см. рис. 17). Следствием такого режима движения реакционной смеси является то, что время пребывания каждой частицы в реакторе одно и то же.

Для получения характеристического уравнения РИВ исходят из дифференциального уравнения материального баланса (63), упрощая его на основе указанных выше особенностей этого реактора. Поскольку в РИВ реакционная смесь двигается только в одном направлении (по длине l), то для первой группы членов правой части уравнения (63) можно записать (выбрав за направление оси Х направление движения потока реагентов в реакторе):

Уравнение материального баланса рис на(96)

где W – линейная скорость движения реакционной смеси в реакторе; l – длина пути, пройденного элементом объема реакционной смеси в реакторе.

Так как каждый элемент объема реакционной смеси в реакторе не смешивается ни с предыдущим, ни с последующим объемами, а также отсутствует радиальное перемешивание (т. е. нет ни продольной, ни радиальной диффузии), то

Уравнение материального баланса рис на(97)

С учетом вышесказанного уравнение (63) для реакторов идеального вытеснения принимает вид

Уравнение материального баланса рис на(98)

Это уравнение материального баланса является математическим описанием потоков реагентов в РИВ при нестационарном режиме (таком, когда параметры процесса меняются не только по длине реактора, но и непостоянны во времени). Такой режим характерен для периодов пуска и остановки реактора. Член dCA / dτ характеризует изменение концентрации вещества А во времени для данной точки реактора – это накопление вещества А в этой точке. Из уравнения (98) видно, что накопление зависит от конвективного переноса вещества в данной точке реактора Уравнение материального баланса рис наи от расхода вещества на химическую реакцию vА.

Стационарный режим характеризуется тем, что параметры в данной точке реакционного объема не меняются во времени, т. е. dCA / dτ = 0. Тогда уравнение (98) примет вид

Уравнение материального баланса рис на(99)

Уравнение (99) показывает, что при стационарном режиме изменение в потоке массы вещества А в данной точке реактора равно скорости расходования вещества А на химическую реакцию.

Из уравнения (99) легко получить характеристическое уравнение РИВ. Если объем реакционной смеси не изменяется в процессе, то справедливо уравнение (81), после дифференцирования которого получим

Уравнение материального баланса рис на(100)

Длину пути l можно выразить как произведение (W τ), откуда при постоянной линейной скорости потока

Подставив (100) и (101) в уравнение (99), находим

Уравнение материального баланса рис на(102)

После интегрирования уравнения (102) в пределах изменения степени превращения от 0 до хА получаем характеристическое уравнение РИВ

Уравнение материального баланса рис на(103)

Уравнение (103) для РИВ аналогично уравнению (84), полученному для РИС-П. В уравнении (84) время τ есть время проведения реакции в периодическом реакторе (от загрузки сырья до выгрузки продуктов), а в уравнении (103) τ – время, в течение которого реакционная смесь проходит через РИВ от входа в реактор до выхода из него (при условии, что реакция идет без изменения объема).

Уравнение (103) для необратимой реакции n-го порядка примет вид

Уравнение материального баланса рис на(104)

или с учетом уравнения (81)

Уравнение материального баланса рис на(105)

Для реакции нулевого порядка формула имеет вид

Уравнение материального баланса рис на(106)

Для необратимой реакции первого порядка можно записать, что

Уравнение материального баланса рис на(107)

Для реакций более высоких порядков целесообразно для определения времени пребывания использовать метод графического интегрирования. Для этого строят графическую зависимость 1 / (– vА ) от хА (рис. 18) и вычисляют площадь под кривой Sвыт между начальным и конечным значениями степени превращения хА0 и хА:

Уравнение материального баланса рис на(108)

До сих пор речь шла о реакциях, идущих без изменения объема. Если же в ходе реакции объем изменяется, то необходимо учитывать, что концентрация вещества А изменяется не только за счет химического превращения, но и за счет изменения объема реакционной смеси, поэтому текущая концентрация вещества А не может быть рассчитана по уравнению (83).

Уравнение материального баланса рис на Уравнение материального баланса рис на

Рис. 18. Графический расчет реактора идеального вытеснения

Изменение объема реакционной смеси учитывают с помощью коэффициента относительного изменения объема

Уравнение материального баланса рис на(109)

где εА – коэффициент относительного изменения объема реакционной смеси при изменении хА от 0 до 1; Уравнение материального баланса рис на, Уравнение материального баланса рис на– объемы реакционной смеси соответственно при хА = 0 и хА = 1.

В частном случае, при линейном изменении объема реакционной смеси V от степени превращения, можно записать

где V0 – первоначальный объем смеси.

При подстановке значения V из уравнения (110) в уравнение (80) получаем уравнение для расчета текущей концентрации СА при степени превращения хА с учетом изменения объема реакционной смеси:

Уравнение материального баланса рис на(111)

Изменение объема реакционной смеси в зависимости от степени превращения хА учитывают и при выводе характеристических уравнений реакторов. Так, например, характеристическое уравнение реактора идеального вытеснения (103) с учетом уравнения (111) записывается для реакции n-го порядка в виде

Уравнение материального баланса рис на

Уравнение материального баланса рис на(112)

Непрерывный реактор идеального смешения (РИС-Н) – это реактор с мешалкой, в который непрерывно подают реагенты и выводят из него продукты реакции. Благодаря интенсивному перемешиванию потоков мгновенно устанавливается одинаковая по всему объему реактора концентрация реагента А, равная его концентрации на выходе из реактора. Резкое изменение концентрации при входе реагентов в реактор происходит за счет мгновенного смешения поступающих реагентов с реакционной массой, уже находящейся в реакторе, где концентрация компонента А значительно ниже, чем в подаваемой реакционной смеси.

Величина перепада между начальной СА0 и конечной СА концентрациями исходного реагента зависит при прочих равных условиях от величины скорости химической реакции. Чем она выше, тем меньше концентрация реагента А в реакторе и больше перепад (СА0СА). С другой стороны, при одной и той же скорости реакции величина перепада зависит от времени пребывания (τ) реагентов в реакторе. Чем выше τ, тем полнее проходит реакция и тем ниже концентрация реагента СА в реакционной смеси (рис. 19). Точка, соответствующая входу реагентов в реактор, нанесена на оси абсцисс правее начала координат, что дает более наглядное представление об изменении концентрации при входе реакционной смеси в реактор.

💡 Видео

Процессы и аппараты. Материальный балансСкачать

Процессы и аппараты. Материальный баланс

Составление уравнений реакций горения. 11 класс.Скачать

Составление уравнений реакций горения. 11 класс.

Расчет выхода продукта от теоретически возможного. 10 класс.Скачать

Расчет выхода продукта от теоретически возможного. 10 класс.

Практическое занятие по расчёту абсорбцииСкачать

Практическое занятие по расчёту абсорбции

Уравнивание органических ОВР за 12 минут | ХИМИЯ ЕГЭ | СОТКАСкачать

Уравнивание органических ОВР за 12 минут | ХИМИЯ ЕГЭ | СОТКА

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языкуСкачать

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языку

Построение ИТК, расчет материального балансаСкачать

Построение ИТК, расчет материального баланса

Дистанционное практическое занятие по разделу "Гидродинамика".Скачать

Дистанционное практическое занятие по разделу "Гидродинамика".

Процесс перегонки с дефлегмацией и ее расчет. Введение в ректификацию – лекция №2Скачать

Процесс перегонки с дефлегмацией и ее расчет. Введение в ректификацию – лекция №2

Перегонка и ректификацияСкачать

Перегонка и ректификация

РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА, ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ - Урок Химия 9 класс / Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА, ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ - Урок Химия 9 класс / Подготовка к ЕГЭ по Химии

Химические реакторыСкачать

Химические реакторы

Гидродинамика. Вторая лекция.Скачать

Гидродинамика. Вторая лекция.

Массообменные процессы. Часть 1. Уровень: начальныйСкачать

Массообменные процессы. Часть 1. Уровень: начальный

Вращательное движение. 10 класс.Скачать

Вращательное движение. 10 класс.

Основы массорепедачи. Первая лекцияСкачать

Основы массорепедачи. Первая лекция

Задача 1.1. КИНЕМАТИКА | Учимся решать задачи по физике с нуляСкачать

Задача 1.1. КИНЕМАТИКА | Учимся решать задачи по физике с нуля

Урок 93. Основное уравнение динамики вращательного движенияСкачать

Урок 93. Основное уравнение динамики вращательного движения
Поделиться или сохранить к себе:
Читайте также:

  1. D – технология параметрического моделирования .
  2. GPSS World – общецелевая система имитационного моделирования
  3. III. Технологическое проектирование строительных процессов.
  4. Автоматизация производства, ее значение и обоснованность проведения на предприятиях в РБ. Оборудование и средства автоматизации технологических процессов.
  5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
  6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНА
  7. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
  8. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СООРУЖЕНИЯХ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА
  9. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МОЙКИ И ОЧИСТКИ МАШИН, АГРЕГАТОВ
  10. Активизация умственных процессов