Каскад реакторов идеального смешения

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

Каскад реакторов представляет собой несколько последовательно соединённых проточных реакторов идеального смешения

Реакционная смесь последовательно проходит через все секции

Для каскада реакторов идеального смешения должны выполняться следующие допущения:

1) в каждой секции каскада выполняются условия реактора идеального смешения, т.е. мгновенное изменение параметров процесса, равенство параметров во всех точках секции и в потоке, выходящем из неё.

2) отсутствие обратного влияния, т.е. каждый предыдущий реактор не влияет на последующий.

Расчёт каскада РИС обычно сводится к определению числа секций заданного объёма или к определению состава реакционной смеси на выходе из i-ой секции реактора. Расчёт сводится к последовательному решению уравнений материального баланса для каждой секции относительно концентраций реагентов на выходе.

Выходной параметр для первой секции, полученный из 1-го уравнения, является входным параметром для второй секции и т.д.

Различают 2 метода расчёта каскада реакторов:

1. Аналитический

2. Графический

Аналитический метод

Применение аналитического метода возможно в том случае, если уравнения материального баланса могут быть аналитически решены относительно концентраций

Материальный баланс для I ступени II ступень

G_пр1 = G_ух1 + G_хр1 G_пр2 = G_ух2 + G_хр2

G_пр1 = С_А,0 × V_c G_пр2 = С_А1 × V_c

G_ух1 = С_А1 × V_о G_ух2 = С_А2 × V_о

G_хр1 = к × С_А1 × v G_хр2 = к × С_А2 × v

Уравнение применимо для реакций 1^го порядка

Графический метод расчёта каскада РИС

Так проводим до достижения необходимой концентрации

Точка М₁ – позволяет определить концентрацию на выходе из 1^ой секции каскада

Сравнение реакторов различных типов

C_СР(РИВ) > С_{СР(РИС-Н)}

Для РИВ

Температурный режим реакторов.

Устойчивость работы реакторов различного типа.

Большое влияние на характер распределения температуры оказывает гидродинамическая обстановка в аппарате. Интенсивность перемешивания влияет на интенсивность теплообмена в реакторе. Учёт всех тепловых явлений осуществляется при составлении теплового баланса реактора. Уравнение для расчёта с учётом температуры может быть выведено из уравнения материального баланса

Уравнение теплового баланса можно записать в следующем виде:

Q_прих = Q_расх

Q_прих = Q_реаг ± Q_хр

Q_расх = Q_прод + Q_т + Q_накапл

где Q_прих – теплота реакционной смеси, входящей в элементарный объём

Q_расх – теплота реакционной смеси, покидающей элементарный объём;

Q_хр – количество теплоты, выделившейся или поглотившейся в результате химической реакции

Q_т – теплота, расходуемая на теплообмен с окружающей средой

Q_накапл – количество тепла, накапливаемое в реакторе в ходе процесса

Q_реаг ± Q_хр= Q_прод + Q_т + Q_накапл

Q_накапл = Q_реаг + Q_хр- Q_прод - Q_т

Q_накапл = - (Q_прод - Q_реаг) – Q_т + Q_хр

Q_конв = Q_прод - Q_реаг

Q_накапл = - Q_конв - Q_т + Q_хр

где Q_конв – количество тепла, выносимое конвективным потоком

А ® В + Q

Запишем дифференциальное уравнение конвективного теплообмена

где F_уд – удельная поверхность теплообмена;

С_р – средняя теплоёмкость смеси;

r - средняя плотность реакционной смеси;

DН – тепловой эффект реакции, отнесённый на 1 моль реагента;

DТ – движущая сила теплообмена

Политермический реактор

Политермическим аппаратам относят реакторы с малой степенью смешения между реагирующими веществами и теплообменником, помещённым внутри реакционного объёма

1.1 РИС – П - П

Q_конв = 0

Q_хр = Q_нак + Q_т