Реактор идеального смешения

Рис. VII.2. Реактор идеального смешения.

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

Рис. УП.З. Основные методы охлаждения реактора идеального смешения а — реактор с рубашкой б — реактор оо змеевиком в — реактор с внешним теплообменником.

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]

Реакторы идеального смешения [c.149]

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

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]

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]

Реакторы идеального смешения Способы контроля температуры Трубчатые реакторы [c.215]

Упражнение VI 1.8. Используя обозначения, данные в разделе IV.3, и упражнение IV.10, покажите, что если Ф = д (сю Ь < 2о) — безразмерное время контакта, то в реакторе идеального смешения достигается безразмерная степень полноты реакцип [c.168]

Для реактора идеального смешения имеем [c.205]

Прежде всего ясно, что не все молекулы, входящие в реактор с временем контакта 0 = Vlq, проведут в нем одинаковое время 0. Вследствие интенсивного перемешивания некоторые из них пройдут реактор почти мгновенно. Именно нз-за того, что такие молекулы вносят очень малый вклад в химическое превращение, объем реактора идеального смешения приходится делать большим. Чтобы найти функцию распределения времени пребывания в реакторе, можно поставить следующий эксперимепт. В момент i = О в реактор впрыскивается короткий импульс нейтрального трассирующего вещества и измеряется концентрация этого вещества в выходящем из реактора потоке. Если концентрация в момент t равна с (г), то количество молекул, выходящих пз реактора в течение малого промежутка времени от i до i - - dt, будет пропорциональное (i) dt. Общее число молекул, вышедших из реактора, пропорционально [c.198]

Предположим теперь, что имеется п последовательно соединенных реакторов идеального смешения и в первый из них подается мгновенный импульс ( х = о =0) трассирующего вещества. Среднее время пребывания и дисперсия для потока, выходящего из последнего реактора, определяется как [c.201]

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]

Я2) 0 = Я0 заключен между двумя реакторами идеального смешения с временами контакта и [ХзО. Распределение времени пребывания в такой системе определяется формулами [c.203]

Последовательность адиабатических реакторов идеального смешения. [c.219]

Знание одной только функции распределения времени пребывания не только недостаточно для расчета процесса в последовательности реакторов, но и не позволяет оценить всей сложности ироцессов перемешивания потока внутри одиночного реактора идеального смешения. На это впервые указал Данквертс (см. библиографию на стр. 213), выделивший два предельных режима — полного сме- [c.204]

Вопросы расчета реакторов идеального смешения излагаются во всех общих монографиях по теории химических реакторов, указанных в библиографии к главе 1. Ниже приводится литература по отдельным частным вопросам. [c.212]

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]

Раздел VII.4. Основополагающие ранние работы по теории устойчивости реакторов идеального смешения [c.212]

Раздел VII.0. Расчет последовательностей реакторов идеального смешения проводится в работах [c.213]

Раздел VII.7. Вопросы оптимального расчета последовательностей реакторов идеального смешения подробно изложены в книге [c.213]

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]

Мы уже вывели основные расчетные уравнения для реактора идеального смешения с временем контакта 0. Если в формулах (VII.33), (VII.34) Q приравнять нулю, мы получим уравнения стационарного адиабатического процесса [c.216]

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]

Однако нри любом значении лежащем справа от точки Ь (т. е. нри конечном состоянии, лежащем справа от кривой Г ), наименьшее время контакта будет в том случае, если последовательно соединить реактор идеального смешения, имеющий время контакта [c.247]

Гд), и трубчатый реактор. Тогда общее время контакта будет равно площади под линией NMQ. Таким образом, если можно применять реакторы комбинированного типа, то при конечном состоянии справа от кривой выгоднее всего вести процесс сначала в реакторе идеального смешения, а затем в трубчатом реакторе. Одиночный реактор идеального смешения будет наиболее эффективным нри конечном состоянии, лежащем слева от кривой [c.248]

V, Т) — стоимость реактора идеального смешения объемом V прп температуре Т. [c.250]

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]

Было предложено вести разложений вещества А в растворе, прп концентрации катализатора В 0,002 моль1л, в реакторе идеального смешения с иосто-янным объемом 10 ООО л. Какова может быть объемная скорость потока, еслп продукт не должен содержать более 5% первоначального количества вещества А Если прп запуске реактор быстро заполняется раствором реагентов, а затем поток пропускается с выбранной стационарной объемной скоростью, то спустя какое время концентрация вещества А в выходящем пз реактора потоке составит 6% от его концентрации в исходной смеси [c.156]

Упражнение VII.5. Раствор вещества А с концентрацпей сд подается с объемной скоростью v в реактор идеального смешения с постоянным объемом V. [c.156]

Сама рубашка может рассматриваться как реактор идеального смешения, и если Ти Собозначают соответственно объемную скорость, исходную температуру и теплоемкость теплоносителя, то [c.160]

В некоторых случаях оказывается более удобным прокачивать реагирующую смесь по замкнутому контуру через внешний теплообменник (рис. VIII.3, в). Эта система, конечно, не является реактором идеального смешения в чистом виде и представляет собой сочетание реактора идеального смешения с трубчатым реактором, охлаждаемым или нагреваемым со стенки. Если, однако, скорость цир- [c.160]

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]

Исследование и проектированпе последовательностей реакторов идеального смешения имеет, таким образом, важное практическое значение. Начиная с работ Денбига (см. библиографию на стр. 213), было предложено много графических методов расчета последовательностей реакторов. Например, с помощью рис. 11.26 удобно вести расчет последовательностей реакторов с равными временами контакта и температурой. [c.187]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология