ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние времени пребывания компонентов на степень превращения для различных типов реакций из "Введение в теорию и расчеты химических и нефтехимических реакторов Изд.2" Определение времени пребывания компонентов в зоне реакции является важнейшей задачей при проектировании реакторов. Изучение реакций очень часто ведут в лабораторных аппаратах периодического действия с дальнейшим использованием полученных результатов в установках непрерывного действия. Неудачную работу таких жидкостных реакторов во многих случаях можно объяснить широкими колебаниями времени пребывания молекул в зоне реакции. Это обусловлено перемешиванием и проскоком частиц движущегося потока. [c.50] Изменение концентрации связано с продолжительностью реакции, поэтому правильный учет истинного времени пребывания позволяет найти зависимость от пего степени превращения и. [c.50] Время пребывания компонентов в аппаратах периодического действия с мешалками равно интервалу между, моментами загрузки и выгрузки. В аппаратах непрерывного действия явление значительно сложнее. Даже без перемешивания трудно допустить, что молекулы реагентов после входа в реактор направляются непосредственно к выходному штуцеру, пе совершая на своем пути некоторой неорределенной циркуляции. Перемешивание оказывает существенное влияние на путь и, следовательно, на время прохождения молекул от входа в аппарат к выходу из него. [c.50] Выражаясь терминами теории вероятностей, можно сказать, что вероятность Р пребывания частицы в аппарате периодического действия в течение полного времени т равна единице. В аппарате непрерывного действия она будет иной. [c.50] Однако всегда имеется возможность выхода некоторого числа молекул за время, меньшее, чем 0 (так называемый проскок) с другой стороны, некоторое количество молекул задержится в системе более продолжительное время. При более коротком времени пребывания степень превращения О снижается, при более длительном возможно появление побочных реакций. [c.51] Выражение (IV, ) предполагает равенство объемов вытесняемой и загружаемой несжимаемой жидкостей в единицу времени. Истинное время пребывания т всегда будет отличаться от вычисленного по формуле (IV, 1) даже при отсутствии перемешивания. [c.51] При наличии мешалок в идеальном случае аппарат работает в режиме полного смешения. В действительности же перемешивание не бывает совершенным некоторая часть молекул не охватывает действием мешалки и проскакивает через реактор. [c.51] На рис. IV- показана зависимость степени превращения и от времени пребывания (40% при т — 30 мин и максимальная — 607о при т = 20 мин) для реакции типа А — В — С. Степень превращения обычно определяется экспериментально и может в зависимости от типа реакции иметь максимум (кривая А) или асимптотически к нему приближаться (кривая В). [c.51] Значения истинного времени пребывания т определяют экспериментально, вводя в реактор какой-либо индикатор и отмечая моменты его входа и выхода. По числу частиц, вышедших из реактора за время меньшее и большее, чем 0, можно построить кривые распределения времени пребывания то. Исследования произведены как для одиночного аппарата, так и для каскада реакторов. Результаты обработаны статистическими методами на основе теории вероятностей. [c.52] Определим долю частиц, остающихся при стационарных условиях в реакторе по истечении времени То = т/0. Пусть в аппарате, имеющем переточную трубу, первоначальное содержание целевого продукта составляет По молей в объеме V. При этом начальная концентрация с = по/У. При непрерывном вводе в аппарат реагента, не- содержащего целевого компонента, скорость питания Р = йУ1й%. [c.52] Избыток жидкости будет вытекать по перет чной трубе и после смешения содержимого в аппарате через время т содержание целевого компонента будет п, а концентрация с = п1У. [c.52] Такова вероятность времени пребывания частицы в первом аппарате в любом интервале т—1/тга и то. Вероятность времени пребывания частицы после этого во втором аппарате запишется на основе теоремы умножения из теории вероятностей. [c.53] Теорема умножения. Сущность этой теоремы сводится к следующему. Если события 1 и 2 (время пребывания в первом и втором аппаратах) зависимы, и событие 1 соверщилось, то вероятность события 2, вычисленная в этом предположении, называется условной и обозначается через (1). [c.53] Вероятность суммарного пребывания любой частицы в обоих аппаратах в течение всего интервала То при других возможных вариантах распределения (m — 1//п—уш — 2jm m — 2/m— -— - т — Sim и т. д.) будет равна сумме вероятностей Р2, т. е. [c.54] График зависимости 1/ = /(т/п0). [c.55] Полагая п = 1 2 3 5 10 и 20, найдем значения, на основании которых построен график на рпс. ( -3). Кривые на этом графике дают распределение времени пребывания частицы в зависимости от числа п реакторов. [c.56] В предыдущих разделах время пребывания в аппаратах с мешалками рассматривалось вне связи с происходящей в это время реакцией. В действительности следует учитывать порядок реакции, ее характер и связь между временем пребывания и степенью превращения целевого компонента. [c.56] Все указанные допущения идеализируют обстановку. Так, например, предположение о равенстве скоростей в случае равенства концентраций в периодическом и непрерывном процессе не всегда обоснованно. При наличии побочных реакций это допущение следует проверить на опыте. [c.56] Вернуться к основной статье