449019
столько раз учителя, ученики и родители
посетили сайт «Инфоурок»
за прошедшие 24 часа
+Добавить материал
и получить бесплатное
свидетельство о публикации
в СМИ №ФС77-60625 от 20.01.2015
Дистанционные курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации для педагогов

Дистанционные курсы для педагогов - курсы профессиональной переподготовки от 1.410 руб.;
- курсы повышения квалификации от 430 руб.
Московские документы для аттестации

ВЫБРАТЬ КУРС СО СКИДКОЙ ДО 90%

ВНИМАНИЕ: Скидка действует ТОЛЬКО до конца апреля!

(Лицензия на осуществление образовательной деятельности №038767 выдана ООО "Столичный учебный центр", г.Москва)

ИнфоурокДругоеКонспектыОсновные конструктивные типы промышленных реакторов.

Основные конструктивные типы промышленных реакторов.

библиотека
материалов
Скачать материал целиком можно бесплатно по ссылке внизу страницы.


Основные конструктивные типы промышленных реакторов.

Многолетний опыт и научные изыскания позволили к настоящему времени разработать несколько основных конструктивных типов химических реакторов. Эти базовые конструкции также лежат в основе устройства более сложных реакторов.

Принципиальная общность конструктивных решений в реакторах каждого класса определяется их назначением, т.е. в первую очередь фазовым состоянием реакционной системы и температурным режимом ХП. В каждом классе существует много конкретных вариантов конструктивного исполнения аппарата.

Таблица 2- Основные конструктивные типы реакторов, применяемых в производствах ТОС

Конструктивный

тип реактора


Область и условия применения

Фазовое

состояние

систем

Температура

и давление

(конструктивные)

Тип процесса

1. Реактгоры-котлы. (Ёмкостные с перемешивающими устройствами).

В отраслях ТОС

95% всего парка реакторов

Ж

Ж-Ж

Г-Ж

Ж-Т

Г-Ж-Т

T =[ (-80)…400]OC

P=[(-0,001)…40] МПа

Разнообразные каталитические и нека-талитические процессы в конденсированных средах с интенсивным перемешиванием и теплообменом при различных температурах и режимах движения реакционной среды в периодических и непрерывных процессах.

2. Ёмкостные барботажные А. без с перемешивающх устройств

Г:Ж

T =[ (-20)…300]OC

P=[(-0,01)…1] МПа

Ряд процессов сульфирования, галогенирования, дедиазонирования с азеотропной отгонкой воды из продуктов

3. Трубчатые.

«труба-в-трубе»

В т.ч. пульсационные

Г, Ж

Ж-Ж

Г-Ж

Ж-Т

Г-Ж-Т

T =[(-100)…1000] OC

P=[(-0,001)…50] Мпа

Разнообразные каталитические и нека-талитические непрерывные процессы с интенсивным перемешиванием и теплообменом при различных температурах.

4. Кожухотрубчатые

Г, Ж

Ж-Ж

Г-Ж

Ж-Т

Г-Ж-Т

T =[(-100)…1000] OC

P=[(-0,001)…10] Мпа

Разнообразные каталитические и некаталити-ческие непрерывные процессы с интенсивным перемешиванием и теплообменом при различных температурах.

5. Колонны (насадочные и тарельчатые)

Г-Ж


T =[(-20)…500] OC

P=[(-0,001)…50] МПа

Процессы в условиях кипения реакционной среды или с интенсивным барботажем газа

6. Полочные

Г

Г-Т

Г-Ж

T =[(-50)…200] OC

P=[(-0,001)…1] Мпа

Обжиг твёрдых продуктов. Каталитические процессы в условиях неподвижного, движущегося и псевдоожиженного слоя катализатора. Абсорбционно-химические процессы

7. Многозонные контактные аппараты со встроенными теплообменными

устройствами

Г-Т

Г-Ж-Т

T =[(-100)…1300] OC

P=[(-0,001)…10] Мпа

Каталитические процессы в услових не-подвижного, движущегося и псевдоожи-женного слоя катализатора с организацией интенсивного теплообмена

8. Ванные

Ж

T =[(-10)…100] OC

P:= атмосферное

Процессы электрохимического синтеза

9. Камерные

Г, Г-Т

Г-Ж

T =[500…2500] OC

P=[0,1…1] Мпа

Печи обжига. Коксовые печи. Камеры сгорания тепловых двигателей и энергоустановок


Выбор типа реактора производится с учётом всей полноты действующих факторов.


3.3. Макрокинетика ХП и динамика химических реакторов.

3.3.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ ДЛЯ РЕАКТОРОВ.

Главная задача, решаемая технологом при использовании реакторов: определение типа, конструктивных и технических параметров аппарата; оптимизация условий ведения процесса и работы (эксплуатации) аппарата; принятие необходимых мер по обеспечению безопасности и устойчивости работы реактора. Успешное решение её невозможно без правильного по существу и полного по содержанию понимания сути и механизма протекающих в реакторе процессов и явлений.

Здесь необходимо сделать ряд ссылок на ранее изучавшиеся курсы. Классическая теория ПАХТ изучает все процессы, кроме химических. С другой стороны химия – неорганическая, органическая, в меньшей степени физическая – изучают именно химические процессы, мало занимаясь явлениями переноса. В реальных же процессах (осуществляемых в реакторах) одновременно протекают и химические реакции и явления переноса. Химические превращения изменяют состав среды, что изменяет все её физические свойства – плотность, теплоёмкость, вязкость, теплопроводность, диффузию, упругость; с другой стороны (что яснее видно из курса ПАХТ) теплопередача и диффузия в огромной степени влияют на температуру и концентрации всех реагентов в реакторе – т.е., на протекание химических реакций.

Поэтому строгие расчёты, выполняемые технологами – как при проектировании (проверке правильности выбора реактора), так и при оптимизации технологических режимов работы уже функционирующих в реальных процессах реакторов, - должны учитывать все характерные для реакторов явления. Задача эта решается путем исследования макрокинетики ХП и динамики реакторов.

Def. Макрокинетика: кинетика реальных сложных химических процессов с учётом явлений переноса массы, количества вещества, теплоты, импульса, поглощения и испускания излучений.

Def. Динамика: реальные изменения состояния реактора и хода ХП, обусловленные внутренним механизмом процесса, условиями его проведения и влиянием различных возмущений, возникающих в ходе работы.

В основе описания макрокинетики и динамики ХП лежат дифференциальные уравнения движения вещества, импульса, энергии (и иных свойств материи) в физико-химическом процессе с учётом конвективного и турбулентного переноса вещества – уравнения Умова (Умова-Пойнтинга). Это уравнение, в отличие от уравнений Навье-Стокса, Рейнольдса, Фурье-Кирхгофа и Фика, учитывает то, что химические превращения, а также межфазный перенос, загрузки в реактор реагентов и отвод продуктов из реактора приводят к образованию и исчезновению веществ внутри реактора – такие эффекты в теоретической физике называют источниками и стоками субстанций. Под «субстанцией» понимают как вещество, так и присущие ему свойства (наиболее общее свойство – химический потенциал).

Общая форма этого уравнения

hello_html_424ee075.gif= Σ IOS - Σ ICS - div (J + S w) (1)

S – субстанция (свойство);

IOS – мощность источников субстанции;

ICS – мощность стоков субстанции;

J - конвективный поток;

w – линейная скорость.

Для прояснения физико-химической сущности явлений достаточно рассмотреть задачу в одномерном представлении. Рассмотрим элемент объёма реактора dV. Движение среды будем считать одномерным. Изменением удельного объёма среды пренебрежём.


_________

| Wr | Wr - векторная сумма скоростей химических реакций, кмоль/с;

hello_html_m6ec21ba1.gif| IOIC |hello_html_m6ec21ba1.gifwl wl - линейная скорость потока, м/с;

|_________ | (ρλην) С - концентрация в сечении l, кмоль/м3

| | C+dC - концентрация в сечении l+dl, кмоль/м3

l l+dl ρ – плотность среды, кг/м3

C C+dC λ – теплопроводность среды, Вт/м К

ή - обобщённый динамический коэффициент вязкости среды, Па.с

ΰ- обобщённый кинематический коэффициент вязкости среды, м2

СР – теплоёмкость среды, Дж/кг.К;

ά= λ/ ρСР - – температуропроводность среды, м2

IO – мощность физических источников вещества, кмоль/с;

IC– мощность физических стоков вещества, кмоль/с;

Рисунок 2. Схема элемента реакционного объёма.

В отсутствие внешних полей динамика процесса в элементе объёма реактора dV выражается системой уравнений Умова – Пойнтинга для переноса массы, количества вещества, тепла и импульса – т.н., характеристической системой уравнений


Перенос массы (материальный баланс) – выражается уравнением сплошности

hello_html_764a3d2b.gif(2)


Перенос количества вещества - макрокинетика

hello_html_4fd5113c.gif= Σ IOS - Σ ICS hello_html_46743718.gif Wr (1 - С hello_html_57284ea9.gif) - wlhello_html_7a10fe7a.gif + Dhello_html_m22cd9d28.gif (3)

I II III IV V

где D - коэффициент перемешивания, м2/с.

Перенос тепла

ρСРhello_html_m1f9dfde9.gif= Σ IOSН0S - Σ ICSНСS- Σ WR ΔНR + Wr ρСР Тhello_html_mb23856.gif - wl ρСРhello_html_7a10fe7a.gif + λ hello_html_2c3c4404.gif (4)

VI VII VIII IX X XI XII

Перенос импульса (течение среды)

ρ hello_html_mf2208df.gif= ρ wl (WRΔV - hello_html_m51712f7b.gif) - hello_html_m7d8f2997.gif + ή hello_html_577501f1.gif (5)

XIII XIV XV XVI XVII

Где Σ IOS – интенсивность физических источников вещества, кмоль/м3с;

Σ ICS– интенсивность физических стоков вещества, кмоль/м3с;

Н0S, НСS – энтальпии вносимых и уносимых веществ, Дж/кмоль;

ΔНR – тепловой эффект реакции, Дж/кмоль;

ΔV – изменение молярного объёма в результате реакции, м3/кмоль;

D - коэффициент перемешивания (турбулентно-молекулярной диффузии), м2/с;.

ή – динамический коэффициент турбулентно-молекулярной вязкости, Па.с.

Знак «hello_html_46743718.gif» зависит от того, рассматривается ли концентрация реагента или продукта реакции.

Для полной характеристики задачи требуется также формулирование начальных и граничных условий. В целом это требует проведения большого объёма экспериментальных работ и вычислений. Сложность уравнений Умова приводит к тому, что в подавляющем большинстве случаев для практических целей прибегают к их упрощению на основе теории подобия. Т.е., упрощают задачу путём осреднения ряда параметров. Это позволяет перейти от уравнений математической физики к обыкновенным дифференциальным уравнениям, и в ряде случаев получить аналитические выражения, хорошо приближающиеся к эксперименту.

В качестве примера рассмотрим уравнение переноса количества вещества (5).

Преобразование формулы (5) в соответствии с теорией подобия даёт выражение (членом III обычно пренебрегают)

С/τ = Σ IOS - Σ ICShello_html_46743718.gif Wr - wl С/L + D С/ L2, (8)

Iа IIа IIIа IVа

где L - определяющий линейный размер, м.

Из этого выражения получают основные критерии подобия.

Делением членов (III) : (IV) - критерий Боденштайна (иногда называют критерием Пекле для реакторов) - выражающий соотношение конвективного и турбулентного переноса вещества.

Во = hello_html_1a6e54f8.gif , (9)

Делением членов (II): (III) - первый критерий Дамкелера - выражающий соотношение скорости реакции и конвективного переноса вещества.

DaI =hello_html_m2d9e8b02.gif, (10)

где hello_html_m160d5dab.gif= L/ wl - среднее время пребывания потока в реакторе, с.

Делением членов (II): (IV) - второй критерий Дамкелера

DaII = hello_html_m3863193.gif , (11)

DaII выражает соотношение скорости реакции и интенсивности турбулентного переноса вещества.

Аналогично из уравнения (6) выводят третий и четвёртый критерии Дамкелера.

Делением членов (II): (III) - третий критерий Дамкелера, выражающий соотношение тепловой мощности реакции и конвективного переноса тепла.

DaIII= hello_html_19ef5313.gif , (12)

где hello_html_m160d5dab.gif= L/ wl - среднее время пребывания потока в реакторе, с.

Делением членов (II): (IV) - четвёртый критерий Дамкелера, выражающий соотношение тепловой мощности реакции и турбулентного переноса тепла.

DaIV= hello_html_m5bd350fd.gif, (13)

На основании вышеприведённых соотношений выводят т.н. характеристическое уравнение реактора, а точнее –характеристическую систему уравнений, выражающих связь между степенью превращения, скоростью и временем протекания ХП. Характеристическое уравнение - основа технологического расчёта реакторного процесса.

Def. Характеристическое уравнение - уравнение, связывающее скорость процесса, концентрации (и степени превращения) реагентов и необходимое время.

Применение преобразований подобия (9)-(13) обычно позволяет заменить систему уравнений математической физики (5)-(8) системой обыкновенных дифференциальных, критериальных и алгебраических уравнений вида.

hello_html_m22d27f4f.gifС/hello_html_m22d27f4f.gifhello_html_312e10f5.gif= FC(WR; DaI; DaII; DaIII ; DaIV; Re; Bo; IC; IS ) (14)

ρСРhello_html_m1f9dfde9.gif= FT(WR; DaI; DaII; DaIII ; DaIV; Re; Bo; IC; IS Gr; Ki; Bi… ) (15)

Eu = FP (WR; DaI; DaII; DaIII ; DaIV; Re; Bo; IC; IS ; Fr; Gr; Ki; Bi…) (16)

Где Eu, Re, Fr, Gr; Ki; Bi, – соответственно критерии (числа) Эйлера, Рейнольдса, Фруда,

Грасгофа, Кирпичёва, Био и т.д.


Как правило, на практике идут по пути дальнейших упрощений уравнений (14) -(16), основанных на следствиях, вытекающих из существования определённых областей качественно своеобразных условий протекания, выражаемых «граничными» значений критериев Во, DaII; DaIV. Эти упрощения позволили вывести основные группы моделей движения среды, определяющих тип макрокинетики процессов в реакторах.

К таковым базовым моделям относятся следующие: идеального/полного смешения (РИС); идеального/полного вытеснения (РИВ);. диффузионная (ДРВ) и ячеечная (КРИС-Н).

Сложные модели реальных аппаратов строят на основе комбинации вышеприведённых базовых моделей. Характеристика этих моделей и область их применения к реальным аппаратам приведены в таблице


МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ В РЕАКТОРАХ ОСНОВНЫХ ТИПОВ

1. РЕАКТОРЫ С МЕШАЛКАМИ (АППАРАТЫ-КОТЛЫ)

Основная модель для описания процессов в аппаратах этого типа – модель идеального/полного смешения (РИС). В основе её лежит допущение, что интенсивное перемешивание практически обеспечивает выравнивание концентраций и температуры по всему объёму реактора. Математически это отражается следующим образом.


hello_html_6356d378.gif(17а)

hello_html_m2c5d7e95.gif(17б)

hello_html_36b0d365.gif(17в)

hello_html_m500e3a7a.gif(17г)

Bo<<1 (17д)

DaII<<1 (17е)

DaIV<<1 (17ж)

В большинстве случаев в средах невысокой вязкости относительная неоднородность концентраций действительно не превышает (1…2) %, а перепады температуры не превышают (1…2) градуса (и приходятся на пограничный слой). Для этих условий модель РИС вполне корректна. Модель применяют и к периодическим и к непрерывным процессам.


1.1 Реакторы периодического действия – РИС-П.

Эта модель применяется к периодическим процессам, при осуществлении которых все реагенты загружают за время, пренебрежимо малое по сравнению с общей продолжительностью реакционного цикла, т.е., практически единовременно. До окончания процесса продукты реакции из реактора не отводят. Поэтому все изменения концентраций и температуры обусловлены только происходящими в реакторе процессами.




Рисунок . Схема РИС-П




Математическое описание процесса.

Реакция aIAI = bIBI

Масса веществ неизменна

М = М0 = Const (18а)

Скорость реакции (макрокинетика процесса)

hello_html_m39ee186f.gif= WR + WR hello_html_m5c3798f4.gif - Chello_html_27c79210.gif (18б)

Температура (дифференциальный тепловой баланс определяется тепловыми эффектами химических и массообменных процессов; организованным теплообменом; мощностью, диссипируемой мешалкой и теплообменом с окружающей средой).

MCр*hello_html_27c79210.gif+ MACAhello_html_m7e7be3c1.gif = - ΔНR | WR | - ΔНm | Wm | - КF Δhello_html_m3f963da0.gif - КПFП(Т-) + NЖ (18в)

Где С – концентрации веществ, моль/м3;

hello_html_m5c3798f4.gif=hello_html_m693ad452.gifизменение плотности, вызываемое изменением состава среды, кг/кмоль;

M = V – масса реакционной среды, кг;

MA – масса корпуса реактора, кг;

- плотность среды, кг/м3;

Т- температура в среде, К;

ΔНm – тепловой эффект химических процессов, Дж/моль;

Wm - скорость химических процессов, моль/с;

ΔНm – тепловой эффект массообменных процессов, Дж/моль;

Wm - скорость массообменных процессов, моль/с;

ТА – средняя температура корпуса реактора, К;

- коэффициент объёмного расширения, К-1;

Cр*- удельная теплоёмкость среды, Дж/(кг.К);

CA - удельная теплоёмкость материала корпуса реактора, Дж/(кг.К);

К– коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К );

F - поверхность теплопередачи, м2;

Δhello_html_m3f963da0.gif = hello_html_6bfadc5a.gif средняя разность температур, отсчитываемая от температуры среды, К; (18г)

КП – коэффициент тепловых потерь, Вт/(м2К );

FП – поверхность тепловых потерь, м2;

T1, t2, tCP – начальная, конечная и средняя температура теплоносителя, К;

- температура окружающей среды.

Гидродинамика (течение среды определяется перемешиванием)

NЖ = КN n3 dhello_html_4c8debf7.gif - мощность, диссипируемая (рассеиваемая мешалкой) в среде, Вт; (19а)

КN = F(Re; Fr; Г) – критерий мощности (критерий Эйлера для мешалок). (19б)


Интегрированием системы уравнений (18а)- (18г) получают зависимость концентраций и температур от времени; результаты представляют графически или в виде таблиц.


Рисунок Графическая зависимость

концентраций и температуры











Особую роль играют изотермические РИС-П, для которых

hello_html_27c79210.gif=0 (20а)

Постоянство температуры обеспечивается за счёт её регулирования

КF Δhello_html_m3f963da0.gif = - ΔНR | WR | - КПFП(Т-) + NЖ (20б)


Постоянство температуры исключает влияние объёмного расширения на концентрации веществ. Вследствие этого для И-РИС-П характеристическая система упрощается.

hello_html_m39ee186f.gif= WR (1+hello_html_m5c3798f4.gif) (20а)

Довольно часто влиянием состава среды на плотность – особенно в случае реакций в разбавленных растворах – можно пренебречь, т.е

hello_html_m5c3798f4.gif<<1 (20б)

Тогда характеристическое уравнение упрощается

hello_html_m39ee186f.gif   WR (20в)

Уравнение (20в) имеет общее интегральное решение


= hello_html_166bc492.gif С0 hello_html_m6389d2e.gif (21)

где Х –степень превращения.


Возможность практически обеспечить выполнение условий (19)-(21) [например, в разбавленных растворах] делает И-РИС-П чрезвычайно важными для кинетических исследований. По существу, это основной тип т.н. кинетических ячеек. Уравнения (20в) и (21) используют для вычисления кинетических параметров реакций.

Достоинство РИС-П в том, что этот тип режима характеризуется максимальной средней концентрацией реактантов в среде, т.е., максимальной движущей силой процесса. Поэтому время, необходимое для достижения заданной степени превращения при прочих равных условиях для РИС-П минимально из всех типов реакторов периодического действия.

Нужно отметить однако, что обеспечить возможность вести процессы в режиме РИС-П достаточно сложно. Как правило, тепловые эффекты химических и массообменных процессов приводят к тому, что при высоких концентрациях реактантов – и высоких скоростях процессов – очень трудно удержать температуру в реакторе в безопасных пределах; также трудно бывает предотвратить массовую лавинную кристаллизацию, выбросы реакционной массы и другие негативные явления. Кроме того, для сложных процессов с последовательно-параллельными реакциями максимальная концентрация не всегда позволяет достичь высокой селективности процесса и максимального выхода целевого продукта – что гораздо важнее высокой скорости процесса. Поэтому процессы РИС-П сравнительно редки в практике химической технологии БАВ.

Для поддержания безопасных и рациональных режимов ведения процессов, как правило, приходится ограничивать концентрации реактантов. Для этого необходимо загружать реагенты постепенно - в течение времени, сопоставимого с временем протекания процесса.

Кроме того, довольно часто из реактора необходимо отводить продукты, могущие вызвать побочные реакции, или сдвинуть равновесие в нежелательную сторону, или снизить температуру и тем самым замедлить процесс. Как правило, это делают отгонкой, экстракцией или кристаллизацией.

Реализация этих технологических приёмов формирует два основных режима ведения периодических процессов: - - реакторы полупериодического действия – РИС-ПП;

- реакторы полупериодически-непрерывного действия – РИС-ППН.


1.2 Реакторы полупериодического действия – РИС-ПП.

Эта модель применяется к периодическим процессам, при осуществлении которых часть реагентов изначально находится в реакторе, а другие загружают в течение времени, сопоставимого с временем протекания процесса. По окончании загрузки проводят выдержку, необходимую для достижения требуемого выхода целевого продукта. До окончания процесса продукты реакции из реактора не отводят. Поэтому все изменения концентраций и температуры обусловлены только происходящими в реакторе процессами.

Технологический цикл т.о. распадается на две фазы: дозирование и выдержка.

Рисунок . Схема РИС-ПП









Рассмотрим осуществляемую в РИС-ПП необратимую реакцию

A+ В D + E (III)

Будем считать, что раствор реагента В находится в реакторе, а раствор реагента А из мерника равномерно – т.е. с постоянным расходом - дозируют (сливают ) в реактор. Будем также считать, что изначально продукты реакции D и Е в среде отсутствуют


Математическое описание процесса в фазе дозирования.

Масса веществ

Унос отсутствует:= Gs =0

hello_html_m51e14199.gif= GA=АVA (22а)

Объёмный и массовый расходы постоянны

GA=Const (22б)

VA =Const (22в)

Отсюда

М = МО + GA= МО + VA (22г)

Скорость реакции (макрокинетика процесса)

Концентрация А возрастает за счёт дозирования и убывает вследствие протекания реакции и увеличения объёма

реакционной среды

hello_html_260e35a6.gif= hello_html_6f3e662a.gif - WR (1- hello_html_m5c3798f4.gif) - CАhello_html_27c79210.gif (23а)

Концентрация В только убывает вследствие протекания реакции и увеличения объёма реакционной среды


hello_html_m102d0561.gif= - hello_html_m1bd59bbf.gif - WR (1- hello_html_m5c3798f4.gif) - CВhello_html_27c79210.gif (23б)

где - т.н. коэффициент контракции, отражающий отклонение объёма раствора от аддитивности.

Температура (дифференциальный тепловой баланс определяется тепловыми эффектами химических и массо-обменных процессов; энтальпией загружаемых продуктов; организованным теплообменом; мощностью диссипируе-

мой мешалкой и теплообменом с окружающей средой).

MCр*hello_html_27c79210.gif+ MACAhello_html_m7e7be3c1.gif = GAHhello_html_c384e1e.gif - (V0+VA ) {ΔНR | WR | - ΔНm | Wm | }-КF Δhello_html_m3f963da0.gif - КПFП(Т-) + NЖ (23в)

Где Hhello_html_c384e1e.gif= mXIHIN - удельная энтальпия раствора реагента А, Дж/кг;

HIN- удельная энтальпия компонента I в растворе реагента А, Дж/кг;

mXI – массовая доля компонента I в растворе реагента А;

Гидродинамика (течение среды определяется перемешиванием)

NЖ = КN n3 dhello_html_4c8debf7.gif - мощность, диссипируемая (рассеиваемая мешалкой) в среде, Вт; (23г)


В фазе выдержки РИС-ПП идентичен РИС-П; процесс также описывется системой уравнений (18а)- (18г). Очевидно, что характеристическая система уравнений (23а)- (23г) весьма сложна; аналитические решения возможны только для реакций первого порядка и изотермических режимов.

Численное интегрирование системы уравнений (23а)- (23г) для фазы дозирования и системы уравнений (18а)- (18г) для фазы выдержки при задании различных условий ведения процесса (начальной температуры – Т0; расхода реагента А - GA; температуры теплоносителя - t0; температуры окружающей среды - ) получают зависимость концентраций и температур от времени; результаты представляют графически или в виде таблиц.













Рисунок Графическая зависимость концентраций и температуры для РИС-ПП


1.3 Реакторы полупериодически-непрерывного действия – РИС-ППН.

Эта модель применяется к любым периодическим процессам, при осуществлении которых часть реагентов изначально находится в реакторе, а другие загружают в течение времени, сопоставимого с временем протекания процесса. По окончании загрузки проводят выдержку, необходимую для достижения требуемого выхода целевого продукта. При этом как в фазе дозирования, так и в фазе выдержки часть продуктов реакции или избыток растворителя отводят из реактора.

Это наиболее сложный из всех режимов периодических процессов. Изменения концентраций и температуры обусловлены всей совокупностью происходящих в реакторе процессов. Для РИС-ППН не всегда даже возможно однозначно разделить цикл на фазы дозирования и выдержки.


Рисунок . Схема РИС-ППН









Рассмотрим осуществляемую в РИС-ППН необратимую реакцию

A+ В D + E (III)

Будем считать, что раствор реагента В находится в реакторе, а раствор реагента А из мерника равномерно – т.е. с постоянным расходом - дозируют (сливают ) в реактор. Будем также считать, что изначально продукты реакции D и Е в среде отсутствуют


Математическое описание процесса

Масса веществ

Gs =0

hello_html_m51e14199.gif= GI - Gs = IVI - SVS (24а)

где М – масса веществ в аппарате, кг;

GI – суммарный массовый расход загружаемых веществ, кг/с;

Gs– суммарный массовый расход отводимых веществ, кг/с;


Объёмные и массовые расходы постоянны

{GI; Gs }=Const (24б)

{VI; Vs }=Const (24в)

Отсюда

М = МО + (GI- Gs)= МО + ( IVI - SVS) (24г)

Объём среды в аппарате

V= M/ (24д)

Скорость реакции (макрокинетика процесса)

Концентрация А возрастает за счёт дозирования и убывает вследствие протекания реакции, возможного уноса с отводимыми компонентами и увеличения объёма реакционной среды

hello_html_260e35a6.gif= hello_html_m5bea5dc6.gif - WR (1- hello_html_m5c3798f4.gif) - CАhello_html_27c79210.gif (24е)

Концентрация В только убывает вследствие протекания реакции, возможного уноса с отводимыми компонентами и увеличения объёма реакционной среды


hello_html_m102d0561.gif= - hello_html_m69f51089.gif - WR (1- hello_html_m5c3798f4.gif) - CВhello_html_27c79210.gif (24ж)

где - т.н. коэффициент контракции, отражающий отклонение объёма раствора от аддитивности.

Температура (дифференциальный тепловой баланс определяется тепловыми эффектами химических и массо-обменных процессов; энтальпией загружаемых и отводимых продуктов; организованным теплообменом; мощностью диссипируемой мешалкой и теплообменом с окружающей средой).

MCр*hello_html_27c79210.gif+ MACAhello_html_m7e7be3c1.gif = GAHhello_html_c384e1e.gif- GSH*S- V{ΔНR | WR | - ΔНm | Wm | }- КF Δhello_html_m3f963da0.gif- КПFП(Т-) +NЖ (24з)

Где HS*= mXIHIN - удельная энтальпия отводимого продукта S, Дж/кг;

Гидродинамика (течение среды определяется перемешиванием)

NЖ = КN n3 dhello_html_4c8debf7.gif - мощность, диссипируемая (рассеиваемая мешалкой) в среде, Вт; (24и)


Численным интегрированием системы уравнений (24а)- (24и) при задании различных условий ведения процесса (начальной температуры – Т0; расхода реагента А - GA; температуры теплоносителя - t0; температуры окружающей среды - ) получают зависимость концентраций и температур от времени; результаты представляют графически или в виде таблиц.

На основании полученных результатов делают вывод о соответствии типов и технических характеристик реакторов задачам проекта и производят выбор рациональных условий ведения процесса.

Критерии выбора.

1. Параметры процесса: температура, давление, расходы сред – должны находиться в пределах норм безопасности.

2. Достигаемый выход целевого продукта должен высоким, а количество побочных продуктов, отходов и потерь – минимальным.

3. Расход энергоносителей и их параметры должны быть минимально достаточными для гарантии управления процессом.

4. Скорости изменения температуры и давления не должны превышать пределов быстродействия современных средств КИПСА (dT/d < 2 K/c; dP/d<1 Бар/с).

5. Трудоёмкость процесса должна быть минимальной.



Общая информация

Номер материала: ДВ-116544

Вам будут интересны эти курсы:

Курс повышения квалификации «Педагогическая риторика в условиях реализации ФГОС»
Курс «Инспектор по кадрам»
Курс повышения квалификации «Формирование компетенций межкультурной коммуникации в условиях реализации ФГОС»
Курс повышения квалификации «Экономика предприятия: оценка эффективности деятельности»
Курс профессиональной переподготовки «Логистика: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс повышения квалификации «Экономика: инструменты контроллинга»
Курс профессиональной переподготовки «Организация менеджмента в туризме»
Курс профессиональной переподготовки «Основы организации рекреационной деятельности и лечебного туризма»
Курс профессиональной переподготовки «Деятельность по хранению музейных предметов и музейных коллекций в музеях всех видов»
Курс профессиональной переподготовки «Организация системы менеджмента транспортных услуг в туризме»
Курс профессиональной переподготовки «Уголовно-правовые дисциплины: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс профессиональной переподготовки «Методика организации, руководства и координации музейной деятельности»
Курс профессиональной переподготовки «Метрология, стандартизация и сертификация»
Курс профессиональной переподготовки «Организация процесса страхования (перестрахования)»
Курс профессиональной переподготовки «Организация и управление процессом по предоставлению услуг по кредитному брокериджу»

Благодарность за вклад в развитие крупнейшей онлайн-библиотеки методических разработок для учителей

Опубликуйте минимум 3 материала, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную благодарность

Сертификат о создании сайта

Добавьте минимум пять материалов, чтобы получить сертификат о создании сайта

Грамота за использование ИКТ в работе педагога

Опубликуйте минимум 10 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Свидетельство о представлении обобщённого педагогического опыта на Всероссийском уровне

Опубликуйте минимум 15 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данное cвидетельство

Грамота за высокий профессионализм, проявленный в процессе создания и развития собственного учительского сайта в рамках проекта "Инфоурок"

Опубликуйте минимум 20 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Грамота за активное участие в работе над повышением качества образования совместно с проектом "Инфоурок"

Опубликуйте минимум 25 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Почётная грамота за научно-просветительскую и образовательную деятельность в рамках проекта "Инфоурок"

Опубликуйте минимум 40 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную почётную грамоту

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.