Реакторы идеального смешения и реакции в них

Рис. 11.24. Зависимость отношения времени контакта в реакторе идеального смешения к времени периодической реакции от степени полноты реакции ири различных порядках реакции.

Рис. У1П-16. Адиабатический процесс в проточном реакторе идеального смешения. Реакция сопровождается достаточно большим тепловым эффектом, который приводит к изменению температуры реакционной массы

До сих пор мы рассматривали вопросы расчета только одиночного реактора. Посмотрим теперь, каков принципиальный недостаток реакторов идеального смешения и как от него можно хотя бы частично избавиться. Этим недостатком является необходимость большого времени контакта, так как реакция проводится в условиях, когда ее скорость мала из-за большой степени полноты реакции. Например, для необратимой реакции первого порядка со скоростью г (I, Г) = /с (1 — Е) время контакта, необходимое для достижения степени полноты реакции равно [c.185]

Как уже отмечалось в предыдущей главе, реакторы с неподвижным слоем также могут быть адиабатическими. В других случаях тепло реакции может отводиться или подводиться через стенку реактора. В аппаратах с неподвижным слоем стенка не всегда соответствует стенке трубы. Например, в реакторе синтеза аммиака катализатор помещен между множеством узких трубок, параллельных оси большой трубы (диаметр 1,5 м) эта труба и является в данном случае трубчатым реактором . Такое устройство реактора дает возможность регулировать температуру по всему сечению аппарата, а не только по его периметру. При этом предположение об однородности условий но всему сечению реактора становится более оправданным. Мы будем исследовать только стационарные режимы такого рода одномерных реакторов, для которых единственной независимой переменной является расстояние от входа в реактор. Более сложные задачи связаны с чрезвычайными математическими трудностями и до сих пор изучены плохо. Действительно, в то время как реактор идеального смешения описывается алгебраическими или трансцендентными уравнениями в стационарном режиме и [c.255]

Другой способ показать, что необходимое время контакта в реакторе идеального смешения всегда больше, чем время периодической реакции, — это сравнить две формулы [c.186]

Упражнение 11.19. Процесс получения вещества X из веществ А и В с помощью реакции А + В X проводится в двух последовательно соединенных реакторах идеального смешения. Реакция идет по второму порядку и оба реагента подаются в эквимолярных количествах. Если необходимо достичь 90%-го превращения, найдите отношение объемов реакторов, при котором суммарный объем будет минимальным. [c.189]

Упражнение 11.20. Непрерывный процесс омыления проводится в двух последовательно соединенных реакторах идеального смешения. Реакция идет по второму порядку. Эфир и щелочь подаются в виде раствора с одинаковой постоянной молярной концентрацией, и общий объем системы сохраняется постоянным. Найдите, при каком отношении объемов реакторов выход продукта на единицу объема системы будет наибольшим, если суммарная степень превращения близка к 100%. [c.189]

Ряд других схем комбинированных реакторов для процессов с обратимыми и необратимыми реакциями первого и второго порядка рассмотрен в работах [84, 95—971. Их краткое изложение применительно к комбинациям различных типов адиабатических реакторов приведено в работе [4]. В приложении к практическим расчетам может оказаться полезной модель комбинированного проточного реактора в адиабатических условиях, описанная в работе [97]. Каждый реактор предлагается рассматривать как сумму элементарных реакторов идеального смешения (М) и идеального вытеснения (Т). Введение параметра М позволяет определить, какую часть от всего реакционного объема должен занимать реактор идеального смешения. [c.107]

На рис. 38 показана кривая выделения тепла для простой обратимой экзотермической реакции, проте кающей в одноступенчатом реакторе идеального смешения. Для такого типа реакций максимально достижимая степень превращения уменьшается с повышением температуры. С точки зрения кинетики это означает, что с некоторой температуры начинает уменьшаться [c.160]

Рассмотрим процесс химического превращения, проводимый в каскаде реакторов идеального смешения. Реакция имеет первый порядок и протекает по схеме А- Р, где А — исходный реагент с начальной концентрацией Са Р — продукт реакции в сырье отсутствует, т. е. Ср =0. Процесс осуществляется в изотермических условиях при одинаковой температуре реакционной смеси во всех N аппаратах каскада. Цель процесса — достижение заданной конечной степени превращения Хак реагента А. [c.214]

Материальный и тепловой балансы. В режиме идеального смешения температуры и концентрации реагентов одинаковы по всему объему реактора такой же состав и температуру имеет и поток, выходящий из реактора. Состав исходной смеси, которая подается в реактор, будет конечно, другим, так что у входа в реактор идеального смешения все переменные изменяются скачкообразно. Уравнения материального баланса реактора идеального смешения, работающего в стационарном режиме, легко получить, приравнивая разность между количеством -го вещества, входящим и выходящим из реактора в единицу времени, скорости изменения количества данного вещества в результате химических реакций [c.275]

Оптимизация каскада реакторов идеального смешения для реакций произвольных порядков [c.402]

Под чувствительностью трубчатого реактора к данному параметру мы будем понимать возможность больших изменений характеристик реактора под влиянием малого изменения параметра. С подобным явлением мы уже встречались при исследовании реакторов идеального смешения, где очень малое изменение температуры исходной смеси ниже некоторого критического значения может погасить реакцию. Приведенные в предыдущем разделе рассуждения позволяют предположить, что такого рода явления должны наблюдаться и в трубчатых реакторах. Метод, описанный в разделе IX.6, позволяет дать полное объяснение этих явлений, но мы не будем приводить всех выкладок, а лишь опишем некоторые известные результаты, иллюстрирующие характер возможных резких изменений режима реактора. [c.280]

В предыдущих главах мы рассмотрели машинные методы разработки кинетики процесса и наилучших условий проведения реакций. Последующие экономическая оптимизация всей установки и расчет конструктивных элементов реактора идеального смешения были выполнены отделом технологических расчетов. Взаимосвязь реактора, так же как и прочего технологического оборудования, со всей установкой показана на схеме потоков (см. рис. V- ). Расчетные технологические характеристики реактора приведены ниже [c.63]

Иа всех типов химических реакторов аппараты без смешения потока, или, как мы будем их называть, трубчатые реакторы, отличаются наибольшим разнооб-разпем. В реакторах идеального смешения содержимое реактора стараются сделать как можно более однородным при проектировании же трубчатых реакторов цель состоит в том, чтобы избежать перемешивания. В идеальном случае каждый элемент потока проводит в реакторе одно и то же время. Таким образом, процесс в трубчатом реакторе напоминает периодическую реакцию в замкнутом объеме, причем координата, отсчитываемая по направлению движения потока, выполняет функцию времени. Конечно, такое утверждение слишком упрощает картину, однако желательно пметь в виду указанное соответствие между двумя процессами. [c.253]

Другой способ решения, который мы проиллюстрируем на простейшем примере, — это представить трубчатый реактор как последовательность реакторов идеального смешения. Рассмотрим необратимую реакцию первого порядка. В этом случае равно исходной концентрации вещества А и Л= к(с, 1) [c.296]

Предположим теперь, что та же реакция протекает в последовательности N реакторов идеального смешения. Если эта последовательность аппроксимирует трубчатый реактор с временем контакта [c.296]

Упражнение 11.18. Предполагается провести реакцию 2А Р Q в одном или нескольких реакторах идеального смешения при постоянной объемной скорости потока 3,6 м 1ч. Исходная концентрация вещества А равна 40 кмоль1м , веществ Р и Q нулю константа скорости прямой реакции 0,9 м 1 кмоль-ч), а константа равновесия 16. Каков должен быть размер сосуда, чтобы конечные концентрации веществ Р ш Q составляли 85% от равновесных Если можно использовать сосуды емкостью 5% от емкости одиночного реактора, то сколько нужно малых сосудов, чтобы получить ту же степень превращения в последовательности реакторов [c.189]

Уиражнение VI 1.9. Если в реакторе идеального смешения с временем контакта 0 проводится необратимая реакция первого порядка к = 0), уравнение (VII.43) может быть записано в виде [c.169]

Ограничимся рассмотрением реакторов идеального смешения, для которых математические модели сводятся к системам обыкновенных дифференциальных уравнений. Реакторы, модели которых составляются в настоящей главе, различаются по типу массопередачи, условиям теплообмена и кинетике реакций. [c.39]

Особенностью производства битумов в трубчатом реакторе является протекание стадии собственно окисления в режиме, близком к идеальному вытеснению (хотя в целом трубчатый реактор, работающий с рециркуляцией, соответствует более сложной модели и при значительных коэффициентах рециркуляции приближается по характеру структуры потоков жидкости к реактору идеального смешения). В этом случае для обеспечения приемлемой скорости реакции необходимо уже на вход в реактор подавать нагретые реагенты. В дальнейшем же во избежание перегрева реакционной смеси ее необходимо охлаждать. Таким образом, вначале требуются затраты энергии на нагрев сырья в трубчатой печи, а затем — на охлаждение реагирующих фаз потоком вентиляторного воздуха [72]. При использовании легкого сырья или при сравнительно глубоком окислении (до строительных битумов) нагрев сырья в трубчатой печи можно заменить нагревом в теплообменниках битум — сырье [54, 73]. Средняя температура в реакторе должна быть не ниже 265 °С, иначе реакция окисления резко замедляется [71]. [c.53]

Рассмотрим постановку оптимальной задачи для каскада реакторов идеального смешения, в котором проводится с/ожная химическая реакция, не изменяющая общего числа молей реагирующей смеси. Математическое описание каскада аппаратов с таг ой реакцией представляет собой систему уравнений материальных балансов для всех (или только ключевых)компонентов смеси,записандых для всех реакторов каскада [c.156]

Интересный случай рассмотрен в работе [116], когда на новерхности катализатора при одном и том же составе реакционной смеси в реакторе идеального смешения возможно существование трех стационарных состояний скорости реакции. Такая ситуация приводит к сложной зависимости скорости реакции от давления одного из реагирующих веществ (рис. 7.14). При определенных значениях параметров линия скорости подвода реагирующих веществ может пересекать линию зависимости скорости реакции так, что в системе возникнут три стационарных состояния, причем верхнее [c.319]

Основные свойства решений. При технологическом расчете реакторов идеального смешения можно, задав значения температуры реакции и времени контакта 8 (или, что то же самое, величины [c.276]

Однако, из рис. 11.25 видно также, как преодолеть указанный недостаток реакторов идеального смешения. Проведем реакцию от степени полноты до степени полноты с помощью двух реакторов, в первом из которых растет от до а во втором — от до Ер. Тогда время контакта в первом реакторе будет равно площади прямоугольника АРСН, а во втором — площади прямоугольника Н1СО. Очевидно, суммарное время контакта для двух реакторов будет меньше, чем для одиночного, потому что первый реактор теперь работает в условиях, когда скорость реакции выше. Если теперь пспользовать несколько реакторов, мы получим несколько таких прямоугольников с правыми верхними углами, лежащими на кривой. Чем больше число стадий, тем меньше суммарное время контакта, и в пределе мы достигнем площади под кривой, т. е. времени периодической реакции. [c.187]

Формально результат воздействия обратной связи на ход каталитического процеса в математических моделях автоколебаний учитывается различными путями. В основу гетерогенно-каталитических моделей обычно полагается механизм Лэнгмюра—Хиншельвуда с учетом формального отражения а) зависимости констант скорости отдельных стадий реакции от степеней покрытия адсорбированными реагентами [93—98] б) конкуренции стадий адсорбции реагирующих веществ [99—103] в) изменения во времени поверхностной концентрации неактивной примеси или буфера [104—107] г) участия в стадии взаимодействия двух свободных мест [108] д) циклических взаимных переходов механизмов реакции [109], фазовой структуры поверхности [110] е) перегрева тонкого слоя поверхностности катализатора [100] ж) островко-вой адсорбции с образованием диссипативных структур [111, 112]. К этому следует добавить модели с учетом разветвленных поверхностных [113] гетерогенно-гомогенных цепных реакций [114, 115], а также ряд моделей, принимающих во внимание динамическое поведение реактора идеального смешения [116], процессы внешне-[117] и внутридиффузионного тепло-и массопереноса I118—120] и поверхностной диффузии реагентов [121], которые в определенных условиях могут приводить к автоколебаниям скорости реакции. [c.315]

Реакторы идеального смешения. На рис. III-6 изображен непрерывнодействуюш,ий реактор идеального смешения. Чтобы определить концентрации различных веществ, вступающих в реакцию, образующихся в результате нее и участвующих в ней, можно написать уравнение материального баланса для [c.46]

Упражнение VI 1.29. Исследуйте модель, в которой исходная смесь делится на две части Я и 1— Я и входит в два параллельных реактора, объемы которых относятся как х/(1 — х). Найдите функцию распределения времени пребывания в такой системе, среднее время пребыванпя и дисперсию. Покажите, что в случае реакции первого порядка отношение концентрации исходного вещества на выходе из такой системы к его концептрацпи на выходе из реактора идеального смешения с тем же среднпм временем пребывания 0 равно [c.207]

Для последовательности адиабатических реакторов идеального смешения мы рассмотрим только одну задачу оптимизации. Пусть требуется получить максимальную конечную степень полноты реакции в последовательности N реакторов одинакового объема V путем надлежащего распределения байпаса исходной смеси. Эта система представлена на рис. VIII.3 здесь снова принята нумерация реакторов от конца последовательности к началу д — полный объемный расход сырья и — объемная скорость потока в тг-м, считая от конца, реакторе. Таким образом, исходная смесь делится на поток подаваемый в Л -й реактор, и байпасный поток (1—д. Этот байпасный поток служит для охлаждения реагирующей смеси, выходящей из п-го реактора, до подачи ее в (и—1)-й реактор, путем добавления холодного сырья с объемной скоростью п = М, N — 1,. . ., 2). Таким образом [c.219]

При проведении процесса в адиабатических условиях neKOTopi.ix преимуществ можно добиться, комбинируя реакторы идеального смешения с трубчатыми реакторами (см. библиографию на стр. 252). Мы видели, что в изотермическом реакторе скорость реакции монотонно уменьшается с увеличением степени полноты так что при проведении процесса в реакторе идеального смешения всегда требуется большее время контакта, чем в трубчатом реакторе. Это положение остается верным и для эндотермических реакций, проводимых адиабатически. Однако, мы видели, что при адиабатическом проведении обратимой экзотермической реакции скорость реакции сначала возрастает, а затем падает. Если построить график зависимости fo) от i вдоль адиабатического пути, проходящего через точку I = о, г = T a, то получится кривая, подобная изображенной [c.246]

Уравнения (VIII.4) и ( 111.32) дают время контакта, необходимое для достижения заданной степени полноты реакции в реакторах обоих рассмотренных типов. Для реактора идеального смешения [c.247]

Если значение соответствует точке А, то 0 равно плош,ади прямоугольника ОАВС, в то время как 0 равно плош,ади ОАВВ под кривой. При I меньших, чем степень полноты реакции, соответству-юп1,ая точке Р, значение 0 будет меньше, чем 0 . Точка Р обладает тем свойством, что площадь прямоугольника OPQS равна площади под кривой OPQMD. Для значений больших этого, трубчатый реактор будет эффективней, чем реактор идеального смешения. Вычислив значение нри котором равенство [c.247]

Наш проекти ровщик выбрал для процесса непрерывнодействующий реактор идеального смешения. При помощи схемы материальных потоков (рис. IV-4) и допущений, характеризующих каждый элемент оборудования, можно написать полную систему дифференциальных уравнений, определяющих динамику реакции и технологического процесса [см. уравнения (IV, 1) — (IV, 45)]. [c.53]

Так как при любом Т подлежит свободному выбору, то почти очевидно, что температура должна быть выбрана так, чтобы подынтеграль пое выражение было максимальным ири всех значениях мы говорим почти очевидно , так как мы видели в главе IX, что это положение нельзя обобш,ать на случай более, чем одной реакции. Точное доказательство этого можно получить либо рассматривая периодический реактор как последовательность бесконечно большого чпсла бесконечно малых реакторов идеального смешения, либо приняв доказательство, полученное для трубчатого реактора в разделе IX.5. Разумеется, что если Т не ограничено технологическими пределами, то 7 ( ) лежит на кривой в плоскости Т (рис. Х.З) и Т )) = г ( ). При малом I величины Г (I), / , ( ) и —(1ТУ(11 становятся очень большими, так что в начале процесса поддерживать температуру на кривой невозможно. Предположим, что верхний предел температуры настолько высок, что это ограничение пе чувствуется, но величина д достигает максимального возможного значения д в точке Ь на кривой Это означает, что мы можем поддерживать оптимальный режим только выше точки Ь, но не ниже ее, и надо показать, каково будет оптимальное решение нри малых степенях полноты реакции с учетом этого ограничения. Если А — точка, в которой выполняется соотношение [c.312]

Горюшко В. E.. Вилесов Н. Г.. Устойчивость режимов непрерывного реактора идеального смешения. Экзотермическая реакция нулевого порядка, в сб. Техническая кибернетика , вып. 13. Киев. 19/0. стр. 65—80. [c.189]

Реактор идеального смешения. Математическое описание данного реактора можно получить из общих уравнений гидродинам1П(и потока для случая идеального смешения (И,14) и (П,20), если подставить в них соответствующие выражения для интенсивности исгочни-ков массы н тепла. Интенсивность источников массы в этом случае равна скоростям образования реагентов. Полагая, что в процессе химического превращения число молей реагирующих веществ не изменяется, находят следующие уравнения для ключевых компонентов реакции [c.76]

В реакторе идеального смешения емкостью 6000 л протекает процесс гидролиза водного раствора сложного эфира одноосновной органической кислоты щелочным раствором. В аппарате находится погружной холодил ьник, который поддерживает температуру реакции, равной 25° С. Найдите необходимую поверхность теплообмена, если вода поступает в холодильник при 15° С и выходит из него при 20° С. Другими потерями тепла можно пренебречь. [c.187]

Ниже рассмотрен ряд примеров построения математического оиисапия реактора идеального смешения для различр[ых типов химических реакций, проводимых в изотермических условиях. [c.77]

Пример 1У-7. Для каскада реакторов идеального смепшиия, в ютором проводится реакция первого порядка, протекающая без измеисння числа нолей реагирующей смеси, определить выигрыш в суммарном реакционном объеме каскада по сравнению с одиночным реактором идеального смешения, рассчитанным на ту же степень превращения исходного реагента Л. [c.169]

Рис. 11-54. Изменение концентраций в реакторе идеального смешения в 1ави-симости от времени и )е-быва 1ия т для реакций А Р.

Второй класс автоколебательных систем характеризуется тем, что автоколебания в них существенно зависят от скорости подачи исходных реагирующих веществ в реактор. В этом случае колебательное поведение системы обусловливается соотношением скоростей транспорта реагирующих веществ в реактор и собственно химической реакцией. Для описания динамического поведения реактора идеального смешения наряду с системой уравнений типа (7.18), описывающей протекание процессов на элементе поверхности, необходимо рассматривать уравнения, описывающие изменения концентраций реагирующих веществ в газовой фазе [116, 131]. Взаимодействие реакции, скорость которой нелинейна, с процессами подачи реагирующих веществ в реактор идеального смешения обусловливает при определенных значениях параметров возникновение нескольких стационарных состояний в режимах работы реактора. При наличии обратимой адсорбции инертного вещества (буфера) в системе возможны автоколебания скорости реакции. При этом на поверхности сохраняется единственное стационарное состояние, и автоколебания обусловлены взаимодействием нелинейной реакции и процессов подвода реагирующих веществ в реактор. [c.319]

Рис. П-26. Изменение концентраций и реакторе идеального смешения в зависимости от времеии пребывания т для реакции при разлнчтэ1х зиачеииях концентрации продукта Р в исходном сьфье.

Реактор идеального вытеснения. Математическое описание этого реактора можно получить из общих уравнений гидродинамики потока для случая идеального вытеснения (11,15) и (11,21), если подставить в них соответствующие выражения для интигсивностей истич[гиков массы и тепла. Интенсив1/ость указанных источников, как и для рассмотренно1 о реактора идеального смешения, определяется скоростью химической реакции и теплопередачей. [c.83]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология