Концентрации, изменение в идеальных реакторах

Рис. 58. Изменение концентрации реагентов в реакторе идеального вытеснения

Поскольку в реакторе идеального вытеснения каждый из элементов реагирующей смеси ведет себя, как замкнутая реакционная система, то естественно, что соотношение (1,11) играет роль уравнения материального баланса не только для реактора идеального вытеснения, но и для реактора периодического действия, работающего в условиях идеального смешения. Однако, если для реактора периодического действия уравнение (1,11) описывает изменение концентрации со временем, то для реактора идеального вытеснения оно позволяет также судить о распределении концентрации по длине реактора. Для этого нужно произвести замену независимого переменного по формуле I = = //у. [c.18]

Уравнения (1,7) представляют собой модель реактора, обычно называемого трубчатым реактором идеального вытеснения. Поскольку все изменения в реакторе происходят только в одном, продольном направлении, этот процесс можно рассматривать как движение реагирующей смеси в виде поршня от начала трубы к ее концу с одновременным теплообменом с окружающей средой (стенками). Как и раньше, для полного описания системы нужно задать граничные условия. В этом случае необходимо знать начальные распределения температуры и концентрации, а также значения температуры и концентрации на входе в реактор. Целью расчета является определение параметров реакционной смеси на выходе из реактора. Независимость выходных параметров от времени обычно обеспечивается постоянством параметров на входе в реактор. [c.16]

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]

В течение некоторого времени, предшествующего установлению стационарного режима, в реакторе идеального смешения происходит изменение концентраций компонентов реакционной смеси и могут быть получены кинетические кривые процесса (зависимость концентрации компонента в реакторе от времени). Кинетические кривые можно получить для начального периода работы реактора или для случая перехода от одного стационарного режима к другому в результате изменения режима работы реактора. Кинетические кривые при этом могут отличаться от кинетических кривых для замкнутой системы. [c.241]

Изменение концентраций в каскаде реакторов, согласно рис. 1У-3, может быть представлено графически в следуюш,ем виде. Каждый реактор представляет одну ступень изменения концентраций, так как концентрации в каждом реакторе изменяются скачком. Соединяя вершины ступеней одной линией, получим кривую, аналогичную кривой реактора идеального вытеснения. Чем больше ступеней изменения концентраций, или, что то же самое, чем больше реакторов [c.290]

В режиме идеального смешения концентрации реагентов постоянны по всему объему аппарата. Непрерывный переход от резина идеального вытеснения к режиму идеального смешения можво проследить в рамках диффузионной модели, решая уравнение (VI.14) или (VI.15) с граничными условиями (VI.27) и оценивая изменение степени превраш ения и статистических характеристик распределения при уменьшении числа Пекле. Режиму идеального вытеснения соответствует предельный случай Ре оо, а режиму идеального смешения — Ре 0. Все промежуточные режимы иногда определяют как режимы неполного смешения. Согласно сказанному выше, диффузионная модель далеко не всегда пригодна для описания работы реакторов в режиме неполного смешения. При расчет трубчатых реакторов х)на оказывается справедливой только ври больших числах Пекле, когда гидродинамический режим реактора приближается к режиму идеального вытеснения при этом расчет реактора в приближении идеального вытеснения обеспечивает обычно достаточную для технологических целей точность результатов, и влияние продольного перемешивания потока может быть учтено как малая поправка. При расчете реакторов малой протяженности, где продольное перемешивание особенно заметно и могут наблюдаться сильно размазанные функции распределения, необходимо уже учитывать реальную физическую картину процессов переноса вещества, так как диффузионная модель в этих условиях не применима. [c.213]

Разберем теперь случай проведения эксперимента в изотермическом проточном реакторе. Будем предполагать, что в аппарате создаются условия идеального вытеснения. Тогда изменение концентраций по длине реактора описывается дифференциальными уравнениями [21] [c.129]

Разберем теперь случай, когда эксперимент проводят в изотермическом интегральном реакторе Обычно считают, что внутри реактора устанавливается режим идеального вытеснения. При этом изменение концентраций по длине реактора описывается дифференциальными уравнениями. [c.85]

Если соединить вершины ступеней (точки, соответствующие концентрациям на входе реакторов цепочки), то получим кривую, которая в пределе стремится к экспоненте, т. е. к кривой, характеризующей изменение концентрации в реакторе идеального вытеснения. Чем больше ступеней изменения концентрации (или чем больше аппаратов в цепочке), тем каскад реакторов ближе к режиму реактора полного вытеснения. Последнее послужило основанием рассматри- [c.157]

Эта зависимость позволяет вычислить изменение концентраций в одиночном реакторе идеального смешения. При каскаде реакторов с неравными объемами, имея в виду равенство составов потоков на выходе из предыдущего реактора и входе в последующий аппарат, изменение концентраций составит в первом реакторе [c.60]

Перемешивание под влиянием продольной (осевой) диффузии приводит к выравниванию концентраций по длине реактора и, следовательно, к уменьшению движущей силы процесса. В итоге рабочий объем реактора должен возрастать. Сравним время пребывания и объемы реакторов идеального смешения непрерывного действия и вытеснения. Законы изменения концентраций в этих аппаратах различны [ср. рис. 1-3 и 1-5]. Поэтому для достижения одинаковой степени превращения и потребуется различное время т. [c.102]

Последнее уравнение позволяет установить закон изменения концентрации кислоты в реакторе с железными стружками при различных ее начальных значениях, используя который, можно определить требуемую продолжительность контакта сточной жидкости в реакторе идеального вытеснения для достижения заданной глубины реакции. Глубина реакции оценивается степенью превращения исходного вещества [18] [c.44]

Рис. 1.7. Изменение относительной концентрации мицелл в реакторе идеального смешения.

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]

Изменение концентраций в каскаде реакторов может быть представлено графически в следующем виде (см. рис. УП1-2,б). Каждый реактор представляет одну ступень изменения концентраций, так как концентрации в каждом реакторе изменяются скачком. Соединяя вершины ступеней одной линией, получим кривую, аналогичную кривой реактора идеального вытеснения. Чем больше ступеней изменения концентраций, или, что то же самое, чем больше реакторов в каскаде, тем ближе система к реактору идеального вытеснения. С другой стороны, трубчатый реактор идеального вытеснения можно представить как каскад из большого числа проточных реакторов с мешалками, обладающий тем же самым суммарным объемом. [c.303]

Реакторы с вытеснением колоночного типа широко используются при проведении и исследовании реакций с иммобилизованными ферментами. Для анализа изменения во времени концентрации субстрата в реакторе с идеальным вытеснением необходимо решать дифференциальное уравнение (2.324) с соответствующими начальными и граничными условиями. [c.294]

Рис. Ш-З. Отклик каскада из двух реакторов идеального перемешивания при ступенчатом (а), импульсном (б) и синусоидально (в) изменении концентрации индикатора [в]

Рис. 1У-3. Отклик каскада из двух реакторов идеального перемешивания при различном изменении концентрации индикатора [Ю]

Всякий статический метод, очевидно, является интегральным, так как в нем может быть измерено только изменение концентрации вещества за какой-либо период времени, причем условия процесса в течение этого периода не могут оставаться постоянными. Проточные интегральные и дифференциальные реакторы представляют собой ни что иное, как реакторы соответственно идеального вытеснения и смешения (см. главу УП). Дифференциальные реакторы идеального [c.401]

Ход кинетических исследований на интегральных реакторах сводится к следующему. Пусть в результате опыта измерены концентрации реагентов С ц температура реагирующей смеси Т в последовательные моменты времени т или в последовательных сечениях реактора идеального вытеснения с координатами I, измеряемыми временем, за которое поток проходит расстояние от входа до данного сечения. Таким образом получают интегральные кривые исследуемого процесса. Кривые изменения концентраций представляют собой решение кинетических уравнений процесса [c.408]

Реактор периодического действия представляет собой сосуд, во всех точках которого концентрации и температуры одинаковы реактор идеального смешения). Поэтому следует определять только степень превращения в различные моменты времени (см. ниже). За протеканием реакции в периодически действующем аппарате можно проследить по изменению 1) концентрации данного компонента 2) некоторых физических свойств системы, например электропроводности или показателя преломления 3) общего давления в системе с постоянным объемом 4) объема в системе с постоянным давлением. [c.58]

Эффективность использования рециклов в значительной степени, помимо кинетических характеристик реакций, определяется типом химического реактора. Из теории химических реакторов известно, что для простых реакций, скорость которых пропорциональна концентрации исходного реагента — где п — порядок реакции, реактор трубчатого типа (модель идеального вытеснения) всегда эффективнее реактора с перемешиванием (модель идеального перемешивания), введение рецикла приводит к изменению структуры потоков в реакторе, приближая ее к режиму перемешивания. Таким образом, для простых реакций охват рециклом трубчатого реактора не приводит к увеличению эффективности реактора. Эффективность реактора с перемешиванием не зависит от того, имеется ли рецикл или нет. [c.127]

Пример 1. Для последовательной реакции А Р В, протекающей в изотермическом реакторе идеального вытеснения, изменение концентрации продукта Р по длине реактора при = кг определяется уравнением [c.179]

Реактор идеального вытеснения представляет собой объект с распределенными параметрами. Поэтому математическое описание его нестационарных режимов представляется системой дифференциальных уравнений в частных производных, описывающей изменение концентраций реагентов и температуры как по длине реактора, так и во времени. [c.369]

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]

Рассмотрим каскад из N кубовых реакторов идеального перемешивания с одинаковым объемом Для определения функции распределения времени пребывания рассчитаем отклик на ступенчатое изменение концентрации индикатора на входе от О до Щц при I = 0. [c.86]

Описанное изменение коэффициента эффективности, обусловленное изменением объема в ходе реакции, зависит от концентрации реагента. В реакторе идеального вытеснения этот эффект будет более заметным на входе в реактор, чем на выходе из него. Если реагент сильно разбавлен газом, не участвующим в реакции, то влияние изменения объема становится пренебрежимо малым. Совместное влияние изменения объема и неизотермичности гранул рассмотрено в работе Викмана [362]. [c.196]

Количественное исследование, независимо от его теоретических или технологических задач, состоит в наблюдении за изменением выходных концентраций или рассчитываемых из них степеней конверсии в зависимости от варьируемых параметров процесса. Наиболее простая связь между ними наблюдается для идеальных реакторов, что определяет их преимущественное применение для исследования. Очень важно при этом на основании теоретическитг соображений, литературного материала или даже опроса специалистов выявить все независимые параметры, которые могут влиять на результаты процесса. В противном случае исследование в значительной степени или даже полностью обесценится. [c.259]

Строят зависимости изменения основных параметров процесса— концентрации и степени превращения NaOH и этилацетата— по объему единичного реактора полного смещения и каскада реакторов. Определяют влияние скорости подачи реагентов, соотношения расходов NaOH и этилацетата и температуры на показатели процесса. Не меняя времени пребывания, проводят реакцию в одних и тех же условиях, но изменяя число реакторов ib системе от одного до четырех. (Сохранение постоянного времени пребывания при увеличении числа реакторов осуществляют увеличением расхода реагентов.) Делают выводы о влиянин числа реакторов в каскаде на показатели процесса. Моделируют процесс омыления этилацетата в единичном реакторе идеального смешения и каскаде реакторов. При составлении математического описания принимают уравнение для идеального реактора (П1.105) и кинетическое уравнение (111.101). Значения константы скорости получают при работе на периодическом реакторе (см. работу Периодический реактор идеального смешения ) или берут из справочной литературы. [c.293]

Дайте описание колоночного реактора с идеальным вытеснением в стационарном режиме. 4. Дайте описание реактора с идеальным перемешиванием при импульсном и при непрерывном введении субстрата. 5. Дайте сравнение эффективности идеальных реакторов с вытеснением и перемешиванием, 6, Напишите уравнения, связывающие относительные изменения скорости и концентраций субстрата и продукта для открытой по субстрату полиферментной реакции. Как изменяются эти функции в случае введения конкурентного и неконкурентного ингибитора первого фермента цепи 7, Напишите кинетическую схему и уравнения, описывающие ингибирование продуктом для биферментной системы с обратной связью, 8, Дайте описание кинетических закономерностей регуляции фермента в открытой системе с субстрат-индуцируемой инактивацией фермента в процессе реакции. [c.331]

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

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.

Графический метод расчета для технологической схемы, состоящей из последовательно соединенных проточных реакторов идеального смешения. Уравнения для реакций, проходящих без изменения плотности реакционной массы в последовательно соединенных проточных реакторах идеального смешения, довольно просто решаются графическим методом при помощи крирой, изображающей зависимость Гд от С А, т. е. зависимость скорости реакции от концентрации реагента. [c.149]

При фиксированных значениях параметров процесса концентрации реагентов и температура в реакторе определяются совместным решением уравнений (VII.2), (VII.5) или (VII.7), (VII.8). Легко заметить, что эти уравнения полностью эквивалентны уравнениям материального и теплового балансов на внешней равнодоступной поверхности катализатора (см. раздел II 1.3). oглi нo полученным там результатам, при определенных условиях система уравнений материального и теплового балансов может иметь несколько решений, соответствующих однозначно заданному набору характерных параметров процесса. Появление множественных режимов возможно в случае, когда реакция ускоряется одним из ее продуктов или тормозится одним из исходных веществ, а также в случае экзотермической реакции со значительным тепловым эффектом. В этих условиях при плавном изменении температуры исходной смеси или теплоносителя температура реактора изменяется скачком в критических точках перехода между режимами поэтому на графике зависимости Т от Т появляется характерная гистерезисная петля (как на рис. III.4). Заметим, что, в отличие от процессов на внешней поверхности зерна, при проведении процесса в реакторах идеального смешения возможна ситуация, когда не только промежуточный, но и один из крайних режимов становится неустойчивым. Рассуждения, основанные на анализе стационарных уравнений, которые привели к условию неустойчивости (III.51), доказывают только неустойчивость промежуточного режима, но еще не свидетельствуют об устойчивости тех режимов, для которых неравенство (III.51) не удовлетворяется. Более того, существует область значений параметров процесса, в которой имеющийся единственный стационарный режим реактора [c.277]

Возникает вопрос до какого предела условия в реальном непрерывнодействующем кубовом реакторе приближаются к условиям в идеальном кубовом реакторе В действительности поток, входящий в перемешиваемую жидкость, диспергируется во всем содержимом реактора не сразу. Требуется некоторое время, чтобы процесс произошел в достаточной степени это время и время полного перемешивания являются величинами одного порядка. Поэтому отклик на ступенчатое изменение концентрации на входе сначала задерживается в соответствии с кривой отклика для идеального кубового реактора [уравнение (П1,4)], но в то же время небольшие элементы объема загрузочного потока могут попасть в выходной поток. Они приведут к появлению неравномерных пиков в начале кривой отклика. Эти эффекты очень трудно описать количественно, так как они сильно зависят от расположения входа и выхода по отношению к мешалке и друг к другу. [c.85]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология