Модели идеальных реакторов

Математическая модель химического реактора идеального вытеснения [c.46]

Как отмечалось ранее,для описания математической модели трубчатого реактора идеального вытеснения, в котором протекает химическая реакция со скоростью Ы , применяется уравнение [c.58]

Математическая модель химического реактора идеального вытеснения......................... 46 [c.96]

Модель идеального реактора.......... [c.8]

Более надежными с точки зрения общности являются теоретические модели реактора. Они, как правило, сложны, но при использовании вычислительной техники исследование таких моделей возможно, поэтому в последнее время они часто применяются. Здесь иногда удается применить стандартные модели идеальных реакторов (идеального вытеснения, полного перемешивания, диффузионную), а также различные их комбинации параллельные зоны идеального вытеснения, последовательно соединенные зоны полного смешения и идеального вытеснения, параллельное соединение зон полного смешения и идеального вытеснения, байпас с различной комбинацией зон, последовательное соединение зон полного смешения (ячеечная модель). Такие модели подробно [c.81]

Степень перемещивания реагирующих масс в реакторах непосредственно влияет ва режим их работы. Полное смешение обеспечивает постоянство параметров, в частности температуры во всем реакционном объеме, а при идеальном вытеснении температура, как правило, изменяется по высоте реакционного объема. В результате в реакторах вытеснения меняется константа скорости реакции и соответственно скорости процесса. При сравнении моделей идеальных реакторов вытеснения и смешения условно принято постоянство температуры и соответственно константы скорости реакции для всех типов реакторов. Влияние температуры, рассмотрено отдельно. [c.81]

МОДЕЛИ ИДЕАЛЬНЫХ РЕАКТОРОВ [c.81]

Модель идеального реактора [c.440]

Распространенный тип реакторов представляет собой сосуд, в который подаются реагенты и из которого удаляются продукты реакции, а содержимое сосуда перемешивается так, чтобы состав и температура реагирующей смеси были как можно более постоянными по всему его объему. Далее слово реактор будет употребляться без уточняющих определений применительно к тому типу реакторов, который разбирается в этой главе реакторы других типов будут именоваться полностью. Прежде всего мы выведем основные уравнения для простейше модели реактора и покажем, как с их помощью решаются задачи проектирования реактора. Некоторые экономические вопросы, связанные с проектированием, приведут нас к задачам оптимизации и управления реактором. Задачи управления потребуют исследования поведения процесса в нестационарном режиме. В конце главы будут рассмотрены недостатки простой модели идеального смешения в реакторе и вопросы расчета двухфазных процессов. [c.149]

При расчете реакторов с одной обратимой экзотермической реакцией можно воспользоваться моделью идеального реактора, или реактора с оптимальным температурным режимом (ОТР) [27, 28]. Эта модель может быть получена следующим образом. Из. двух уравнений (УП.15) рассматривают только первое температуру Т вычисляют, пользуясь не уравнением теплового баланса, а при условии, что при данной текущей степени превращения и искомом значении Т наблюдаемая скорость реакции Wp y, Т) достигает максимума, т. е. для каждого значения у находят свое значение Гопт. [c.440]

Существующие различные комбинации моделей идеальных реакторов (идеального вытеснения, полного перемешивания) также далеки от отображения реальной картины, имеющей место- в реакторах с кипящим слоем, а потому более распространены модели, учитывающие неоднородность кипящего слоя-. [c.8]

Метод Фальковского. Метод основан на модели идеального реактора с теплообменом и предусматривает соответственно учет только кинетики реакции и тепловых режимов. Явлениями диффузии пренебрегают. [c.148]

Исследование адиабатических реакторов дает естественный переход от реакторов идеального смешения, рассмотренных в предыдущей главе, к трубчатым и периодическим реакторам, которым посвящены последующие главы. Назвать реактор адиабатическим значит определить способ проведения процесса, но ничего не сказать о типе реактора. Как реакторы идеального смешения (в этом мы уже имели случай убедиться), так и трубчатые реакторы могут работать в адиабатических условиях, т. е. без подвода или отвода тепла. В этой главе мы воспользуемся результатами, полученными нами для реакторов идеального смешения, и введем только простейшую модель трубчатого реактора. [c.214]

Математическая модель цепочки реакторов идеального смешения [c.49]

Математическая модель цепочки реакторов идеального смешения............................49 [c.96]

ИДЕАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ [c.15]

Однопараметрическая диффузионная модель значительно лучше, чем модель идеального вытеснения, соответствует условиям в реальных аппаратах химической технологии, в которых перемещение веществ проводится по принципу вытеснения, например, в трубчатых реакторах, противоточных аппаратах и т. д. Недостатками этой модели являются сложность постановки граничных условий и необходимость предварительной оценки коэффициента продольного смешения. [c.58]

В случае реактора выгеснения простейший метод расчета основан на предположении о поршневом течении, тогда как упрощающим допущением для реакторов смешения является модель об идеальном перемешивании. При хорошем перемешивании и достаточно малой вязкости жидкости отклонения от данной модели обычно много меньше, чем от модели идеального вытеснения. Ван де Васс [1] исследовал влияние перемешивания на степень приближения к идеальной модели. Согласно его данным, время перемешивания определяется мощностью мешалки. По утверждению Данквертса [2] для полного перемешивания необходимо, чтобы за время, много меньшее, чем среднее время пребывания, жидкость, находящаяся вблизи выхода из аппарата, отбрасывалась под воздействием мешалки к его входу. I [c.81]

Как отмечалось выше, реактор вытеснения представляет собой реактор непрерывного действия, в котором не предусматривается перемешивание среды в каких-либо точках по направлению потока. Отсюда следует, что наиболее подходяшей аппроксимацией при расчете пара.метров реактора является модель идеального вытеснения (которую также называют моделью с поршневым режимом). [c.47]

Применимость приведенных выше уравнений, естественно, ограничивается случаями, для которых справедлива модель идеального вытеснения. При некоторых обстоятельствах эта модель вполне применима при других же, как будет показано ниже, использование такой модели приводит к серьезным ошибкам. Тем не менее, эти уравнения имеют большое значение, поскольку они могут быть использованы в качестве основы для дальнейшего рассмотрения работы реактора вытеснения. [c.49]

Когда можно предположить, что сохраняется постоянство температур по всей длине реактора (а также по всему поперечному сечению, как это следует из модели идеального вытеснения). Тогда константу скорости можно вынести из-под знака интеграла и интегрирование вести либо аналитически, если это [c.50]

Существуют три различных типа нарушений однородности в поперечном сечении реактора, учитываемых моделью идеального вытеснения [c.51]

В 2.3 отмечалось, что отклонение от модели идеального вытеснения происходит по трем различным причинам при возникновении поперечных градиентов температуры, при наличии продольной и поперечной диффузии и поперечных градиентов скорости. В 2.4 и 2.5 рассматривался первый и, несомненно, самый важный из этих факторов особенно это относится к реакторам с неподвижным слоем катализатора. При этом указывалось, что в таких реакторах необходимо также учитывать поперечную диффузию. Перейдем теперь к рассмотрению влияния продольной и поперечной диффузии, ограничившись кратким и, в основном, качественным рассмотрением вопроса. [c.59]

Третий вид отклонения от модели идеального вытеснения обусловлен градиентами скорости, направленными перпендикулярно движению потока. В любом типе реактора вытеснения, имеющего непроницаемую стенку, скорость жидкости или газа у стенки реактора всегда будет меньше, чем вблизи его центральной части. Отсюда следует, что элементы жидкости или газа, движущиеся вблизи стенки, затрачивают на прохождение реактора больше времени и поэтому реакция в них протекает глубже. [c.64]

Иная гидродинамическая обстановка создается в реакторе с насадкой. В любой точке на поверхности насадки скорость жидкости или газа падает до нуля точно так же, как ато имеет место на внутренней стенке аппарата. Этот эффект торможения приводит к значительному выравниванию средних скоростей по поперечному сечению реактора по сравнению со случаем отсутствия насадки в условиях достаточно низкой общей скорости потока, допускающей образование параболического профиля. (Под средней скоростью здесь понимается скорость, усредненная по площади, большей сравнительно с размерами зерен насадки). Иными словами, насадка способствует образованию такого распределения средних скоростей, которое лучше отвечает модели идеального вытеснения. [c.65]

На рис. 14 схематически показаны упомянутые выше профили скоростей. Наибольшее отклонение от модели идеального вытеснения имеет место в случае ламинарного потока. Поэтому рассмотрим влияние ламинарного потока несколько подробнее. Наличие осложняющих факторов, таких как конвекция (вследствие неравенства температур), снижает ценность выводов в смысле их использования для расчета реакторов даже в тех немногочисленных случаях, когда в нем удается создать параболический профиль скоростей. Тем не менее учет параболического профиля при расчете представляет интерес, вследствие чего мы и рассмотрим его подробнее. [c.66]

Если бы была применима модель идеального вытеснения, то из этого уравнения можно было бы найти степень превращения, достижимую в реакторе вытеснения, имеющем время пребывания 1. Если в действительности среда движется ламинарно (при незначительной диффузии), то это уравнение могло бы быть использовано лишь применительно к такому кольцевому сечению, для которого время пребывания равно I. Чтобы получить среднюю степень превращения на выходе, необходимо воспользоваться уравнением (2.24) п усреднить все времена пребывания от /о до оо. Таким образом, [c.70]

Теперь выясним, насколько больше должен получиться реактор вытеснения с учетом параболического профиля по сравнению с рассчитанным на основании модели идеального вытесне- [c.70]

Отсюда следует, что для достаточно высоких степеней превращения, обычно имеющих место в аппаратах промышленного типа, реактор должен быть приблизительно на одну треть больше, чем рассчитанный на основе модели идеального вытеснения. Возрастание размера реактора получается несколько меньше ожидаемого по-видимому, быстрое движение жидкости или газа вблизи от оси реактора в значительной мере компенсируется замедлением движения вблизи от стенки реактора. Кроме того, имеются два других фактора, не учтенных при расчете, которые еще больше способствуют приближению параметров реактора к параметрам модели идеального вытеснения. Одним [c.71]

При определении объема реактора на основе модели идеального вытеснения давление часто принимают постоянным по всей длине реактора. В действительности оно должно заметно изменяться, в особенности в реакторах, заполненных твердым ката- [c.72]

Если режим движения жидкости ближе к турбулентному, чем к ламинарному, то, кроме рассмотренных выше факторов, следует учитывать также и влияние турбулентной диффузии. Значение коэффициента турбулентной диффузии во всем объеме реактора, за исключением его части, непосредственно прилегающей к стенке, как правило, значительно больше значения коэффициента обычной молекулярной диффузии, и его величина возрастает с увеличением числа Рейнольдса В этом случае радиальная компонента оказывает также положительное воздействие, поскольку она компенсирует эффекты, препятствующие применению простого метода расчета, описанного в 2.2 и основанного на модели идеального вытеснения среды. В ряде работ [22—29] показано, в каких случаях продольная турбулентная диффузия влияет обратным образом и исключает возможность исиользования модели идеального вытеснения. В недавно опубликованных работах Левеншпиля [30], Крамерса и Уэстертерпа [9] приводятся интересные обзоры по данному вопросу. В первом приближении для простых реакций можно принять, что, если [c.60]

Следовательно, реактор вытеснения должен иметь объем, равный ПО м . По опыту автора, результаты этого расчета, основанного на модели идеального вытеснения, хорошо согласуются с наблюдаемыми параметрами реакторов указанного выше типа, используемых на установках окисления аммиака. [c.76]

Рассчитаем объем реактора вытеснения при адиабатическом процессе для той же реакции, как и в Приложении 1, и с той же степенью превращения, как и ранее. Температуру на входе в реактор принимаем равной 20° С и при расчете исходим из модели идеального вытеснения. [c.77]

Более надежными с точки зрения общности являются теоретические модели реактора. Они, как правило, сложны, но при использовании вычислительной техники исследование таких моделей возможно, поэтому в последнее время они часто применяются. Здесь иногда удается нрименить стандартные модели идеальных реакторов (идеального вытеснения, полного неремешивания, диффузионную), а также различные их комбинации параллельные зоны идеального, вытеснения, последовательно соединенные зоны полного смешения и идеального вытеснения, параллельное соединение зон полного смешения и идеального вытеснения, байпас с различной комбинацией зон, последовательное соединение зон полного смешения (ячеечная модель). Такие модели подробно описаны [121, 129]. Но они далеки от отображения истинного протекания процессов и поэтому формальны, а рекомендации, сделанные на их основе, относятся только к конкретным условиям. [c.117]

Четыре рассматриваемых типа реакторов связаны между собой как в физическом, так и в математическом отношении. Реактор с принудительным перемешиванием, или реактор идеального смешения, отличается от трубчатого реактора как по конструкции, так и по описывающим его уравнениям однако трубчатый реактор с достаточно интенсивным продольным перемешиванием потока приближается к режиму идеального смешения. Периодический реактор представляет собой реактор идеального смешения, в котором существует проток реагентов, но описывается он теми же уравнениями, что и простейшая модель трубчатого реактора. Термин адиабатический относится скорее к режиму реактора, чем к его конструкции, так как и реактор идеального смешения, и трубчатый, и периодический реактор могут быть адиабатическими. При исследовании различных типов реакторов нельзя в равной мере дать характеристику каждого реактора — частично из-за того, что различные вопросы изучены неодинаково полно, а частично из-за того, что некоторые проблемы трудно изложить на том доступном уровне, которого мы собираемся придерживаться в этой книге. Например, нестационарные уравнения для реактора идеального смешения являются обыкновенными дифференциальными уравнениями, и мы можем провести их анализ достаточно полно. Стационарный режим трубчатого реактора уже описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями, а для описания его поведения в нестационарном режиме требуются дифференциальные уравнения в частных производных, анализ которых представляет весьма трудную задачу. Там, где это возможно, мы стараемся представить результаты более глубокого лнализа сложных задач в виде качественных описани11 и графиков, [c.10]

Грубча-гый проточный реактор описывается уравнением модели идеального Быт0снв1гая с учетом химической реакции, которое имеет следующий вид[16,19,27 [c.46]

Этот реактор описывается уравнением модели идеального перемешивания с учетом химической реакции и имеет следуюащй вид С .30] [c.48]

В книге изложены математические и физико-химические основы моделей химических реакторов. Рассмотрены модели идеального смешения и идеального вытеснения, диффузионная и ячеистая модели, комбинированные модели, двухфазная модель реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, статистические модели. Знач>1тельное внимание уделено физической интерпретации процессов в реакторах, составлению основных уравнений, выбору граничных и начальных условий, качественному и количественному анализу типов моделей. [c.4]

Модель идеального вытеснения широко используют в химической технологии при описании аппаратов, работающих по принципу вытеснения, например трубчатых реакторов и теплообменников. Ее достоинствами являются относительная простота ргшения уравнений математического описания, построенного с применением данной модели, и вместе с тем приемлемая во многих слу4аях точность воспроизведения реальных гидродинамических условий. [c.57]

Рассмотрим теперь, в какой мере следует учитывать эти эффекты ири расчете реактора. Возыйем вначале реактор вытеснения цилиндрической формы, заполненный только реакционной смесью. В таком реакторе иоток может быть либо ламинарным, либо турбулентным. В нервом случае действуют обычная молекулярная диффузия и конвекция, вызванная неравномерностью распределения температур. Если длина реактора значительно больше его диаметра, как это обычно имеет место в действительности, молекулярная диффузия в продольном направлении, как правило, почти не сказывается на работе реактора. Тем не менее, поперечная молекулярная диффузия может оказаться существенной, по крайней мере, в газах. Как уже указывалось, она будет снижать влияние распределения скоростей, приводящего к отклонению от режима идеального вытеснения. К этому вопросу, рассмотренному в работе Босворта 18], мы вернемся в 2. 7. Конвективный перенос в радиальном направлении может иметь аналогичный эффект, т. е. способствовать приближению к модели идеального вытеснения. Продольный конвективный перенос, который может наблюдаться в вертикальных цилиндрических аппаратах при сильном нагревании жидкости или газа, оказывает противоположное воздействие и может значительно снизить производительность реактора по сравнению с рассчитанной на основе модели идеального вытеснения. Этого можно избежать, правильно выбрав конструкцию реактора, например, использовав перегородки, либо горизонтальный реактор вместо вертикального. [c.60]

Можно утверждать, что во всех случаях, когда температуру реакционной смеси по всему поперечному сечению реактора удается поддерживать приблизительно постоянной, ошибки в расчете на основе модели идеального вытегнения, возникающие вследствие других причин (диффузия и градиент скорости), не очень велики, если только длина реактора значительно больше его диаметра. Однако если температура существенно изменяется в поперечном направлении, всегда могут возникнуть очень большие ошибки, поскольку у большинства реакций константа скорости сильно зависит от температуры. [c.73]

Необратимая реакция первого порядка протекает в длинном цилиндрическом реакторе. Объем, температура и вязкость не изменяются. В частном случае для модели идеального вытеснения степень превращения равна 86,5%. Какова будет степень превр1ащ Н11я при ламинарном потоке (диффузией можно пренебречь) [c.79]

В случае модели идеального перемешивания расчет реактора предельно прост. Методика расчета была впервые разработана Мак-Маллином и Уэбером [5] и позднее Кирилловым [6], Денбигом [7], Пире и др. [8, 9]. Для простоты рассмотрим жидкофазную реакцию [c.84]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология