1) Formulează ipotezele modelului ideal de amestecare.
Pentru modelul ideal de amestecare, se adoptă o serie de ipoteze. Se presupune că, ca urmare a amestecării intense, se stabilesc condiții absolut identice în orice punct al reactorului: concentrația reactivilor și a produselor, gradul de conversie a reactivilor, temperatura, viteza reacției chimice,
2) De ce, în pregătirea ecuațiilor de echilibru pentru reactorul de amestec ideal, volumul total al reactorului poate fi luat ca volum elementar?
Componentele bilanțului material pot fi determinate:
După transformare, obținem ecuația de echilibru material al volumului elementar al reactorului chimic care curge:
3) Compuneți ecuația de echilibru material pentru reactorul periodic de amestecare ideală.
Un reactor periodic este un reactor, în care reactanții sunt încărcați și executați de HTP; periodic în timpul reacției, nimic nu este adăugat și nu este luat din reactor.
Ecuația bilanțului material al unui reactor de amestecare ideal periodic este un caz parțial de ecuație
cu condiția ca u:
Ecuația (4.1) este transformată și integrată:
Sau dacă substanța J este reactivul de pornire, atunci concentrația de CJ poate fi exprimată prin conversia sa:
4) Analiza principalelor deficiențe și avantaje ale reactoarelor de acțiune periodică. În ce industrii sunt mai des asemenea reactoare?
Timpul calculat din ecuațiile (5.1) este timpul "curat" necesar pentru efectuarea transformării chimice. Cu toate acestea, pentru realizarea procesului în RIS-P, în afară de acest timp "reacționar" este necesar să se petreacă timpul auxiliar pentru încărcarea reactanților, îndepărtarea reactorului la regimul tehnologic necesar, descărcarea și curățarea. Timpul total al unui ciclu al operațiunii RIS-P constă în ciclul de bază. și tVsp auxiliar.
Prezența unui timp auxiliar τvsp. conduce la o scădere a productivității reactorului chimic. Alte dezavantaje sunt costurile ridicate ale muncii manuale, complexitatea rezolvării sarcinilor de automatizare (deoarece condițiile din reactor se schimbă constant în timp).
Cu toate acestea, RIS-P poate fi adaptat, de obicei, la o gamă largă de condiții de reacție, care este convenabil dacă este necesar pentru a produce diferite produse chimice pe aceeași plantă.
5) Scrieți o ecuație de bilanț material pentru un reactor staționar, durabil, ideal.
Ecuația balanței materiale RIS-N, care funcționează într-un mod staționar:
unde uz este proiecția vitezei pe axa z.
Reprezentăm această ecuație în formă diferențială finită:
unde A este zona secțiunii "vii" a reactorului;
6) Care este diferența dintre timpul real de reținere și cel mediu al reactivilor într-un reactor cu debit? Pentru ce tip de reactoare de curgere coincid timpul de reședință real și mediu?
Timpul efectiv de reținere al particulelor în reactorul de amestecare a fluxului este o variabilă aleatorie, în contrast cu timpul de rezidență al reactanților din reactorul discontinuu, care poate varia de la 0 la ∞.
8) Formulează ipotezele modelului ideal de deplasare. În ce condiții puteți să vă apropiați de reactorul ideal într-o represiune ideală?
RIV este un canal lung prin care amestecul de reacție se mișcă în modul piston. Fiecare element de curgere este alocată în mod convențional două planuri perpendiculare pe canalul ax se deplasează ca un piston prin interiorul acestora solid, deplasarea elementelor de curgere anterioare și fără a se amesteca cu orice anterior sau la elementul următor (Figurile 1).
Deplasarea ideală este posibilă atunci când se fac următoarele ipoteze:
- fluxul în mișcare are un profil plat de viteze liniare;
- Nu există amestecare din cauza oricăror cauze în direcția axei fluxului;
- În fiecare secțiune perpendiculară pe axa debitului, parametrii procesului (concentrație, temperatură etc.) sunt complet aliniate.
Figura 1 reprezintă o reprezentare schematică a RIV
Trebuie remarcat faptul că aceste ipoteze nu sunt strict respectate în dispozitivele reale. De la sistemul hidraulic cunoscut că, chiar și un canal de curgere foarte buna cu trafic, caracterizate de un număr mare Reynolds în pereții de canal există limită, subnivel vâscos așa-numitul, în care gradientul de viteză liniară este foarte mare. Abordarea maximă a deplasării ideale este posibilă numai în regimul turbulent dezvoltat. Exemple de RIV sunt absorbanții, desorberele, turnurile cu duză și irigarea.
10) Scrieți ecuația balanței materiale a reactorului ideal de deplasare într-o formă diferențială. Ce fenomene de transport se reflectă în această ecuație?
echilibru de echilibru în formă diferențiată
11) Care este principalul motiv pentru care pentru a atinge același grad de conversie în aceleași condiții de reacție în reactorul de curgere amestecare perfectă necesită timp de staționare considerabil mai lungă a amestecului de reacție decât într-un reactor de amestecare perfectă?
Acest fapt poate fi ușor explicat prin natura distribuției concentrației de reactivi în volumul acestor reactoare. Dacă în reactorul cu flux de amestecare ideal, concentrația în toate punctele este egală cu concentrația finală, atunci în reactorul de deplasare ideală la două puncte adiacente și la axa reactorului, concentrațiile reactivului sunt deja diferite.
12) analizează meritele și dezavantajele reactorului de curgere, regimul în care se află aproape de amestecarea ideală, comparativ cu reactorul, regimul în care este aproape de deplasarea ideală.
Comparând reactoarele cu flux, putem trage următoarele concluzii:
1) uneori este mai avantajos să se aplice RIV, și uneori RIS-H;
2) când se efectuează reacția în aceleași condiții;
3) când se efectuează aceeași reacție în condiții identice, reactoarele RIV au o rezistență hidraulică mai mare (costuri de funcționare mai mari);
4) RIV este mult mai greu de curățat;
5) RIS-H este mai constructiv, dar datorită concentrației scăzute a reactivilor, acestea au o rată scăzută de reacție chimică. Pentru a elimina deficiențele RIS-N, se utilizează cascada RIS (R-RIS).
13) formează principalele avantaje ale modelului cascade ideal pentru cascada reactorului.
K-RIS este o serie de RIS-Hs conectate. Amestecul de reacție trece succesiv prin toate secțiunile. Un exemplu este o coloană de tavă (figurile 2).
Pentru K-RIS este necesar să se îndeplinească două condiții:
- în fiecare secțiune sunt îndeplinite condițiile de lucru ale RIS;
- Nu există nici un efect invers, adică lucrarea secțiunii următoare nu afectează activitatea secțiunilor anterioare.
Descrierea matematică a K-RIS care operează într-un mod izotermic este o ecuație RIS-H, cu condiția ca parametrul secțiunii anterioare să fie parametrul inițial al următoarei secțiuni.
Figura 2 - Cascada reactoarelor de amestecare ideală
14) demonstrează că modelul cascadei de amestecare ideale este intermediar între modelele de deplasare ideală și amestecarea ideală.
Luați în considerare determinarea concentrației reactivului A la ieșirea din cascada reactoarelor.
Figura 3 - Modificarea concentrației reactivului într-un singur RIS 1, RIV 2 și cascadă a reactoarelor de amestecare ideale 3
unde Vi este volumul de reacție al secțiunii i;
- timpul mediu de ședere al amestecului de reacție în secțiunea i;
- concentrația situsului de reacție A;
CA este concentrația componentei A.
Calculul reactoarelor stadiu idealnogosmesheniya de obicei limitată la un număr predeterminat de secțiuni opredeoeniyu volumul necesar pentru a atinge un anumit grad de conversie, sau pentru a determina compoziția amestecului de reacție la ieșirea din secția de i-lea a cascadei.
17) Explicați motivul apariției amestecării longitudinale într-un reactor tubular, de-a lungul căruia fluxul de reacție se mișcă într-un regim laminar.
Dacă luăm în considerare toate procesele care se produc în reactor, atunci trebuie să introducem un coeficient de amestecare longitudinal, care va include coeficientul de difuzie moleculară și coeficientul de difuzie turbulentă. Dacă se ia în considerare difuzia radială, atunci trebuie introdus coeficientul de difuzie radială și apoi modelul devine două parametri. Diferitele fenomene sunt descrise de aceleași ecuații, dar diferă de condițiile de valoare unică și de coeficienții numerici, numiți parametrii modelului. În practică, ele tind să reducă numărul de parametri. De fapt, cu cât mai mulți parametri, cu cât este mai complex experimentul, cu atât este mai dificilă prelucrarea rezultatelor, cu atât este mai mare eroarea.
20) Ce presupuneri se fac atunci când se compilează o descriere matematică a unui model de difuzie cu un parametru al unui reactor de deplasare?
Un model matematic cu un parametru poate fi obținut din ecuația balanței materiale a volumului elementar al unui reactor de debit în condițiile RIA și absența zonelor stagnante, a reciclărilor și a bypass-urilor interne.
unde UZ este viteza de curgere liniară în direcția axei reactorului;
DL este coeficientul de amestec longitudinal.
Acționând astfel, acceptăm următoarele ipoteze:
ca în cazul modelului de deplasare ideal, toate condițiile sunt aliniate de-a lungul secțiunii reactorului perpendicular pe fluxul principal, adică concentrația, temperatura variază numai de-a lungul axei reactorului;
Nu există zone în stagnare și fluxuri de bypass în aparat.
22) De ce este de obicei redusă inițial la o formă fără dimensiuni pentru a rezolva ecuația modelului de difuzie?
Este convenabil să o reprezentăm într-o formă fără dimensiuni prin introducerea unei noi variabile. unde L este lungimea reactorului.
Apoi. Luând în considerare relația și expresia (13), ecuația (14) poate fi reprezentată ca:
24) Formularea proprietăților de bază ale funcției de distribuție integrală și diferențială a timpului de rezidență al reactanților în reactorul de curgere.
Pentru modelele celulare și un parametru, dependența F (r) și C (τ) în timpul fără dimensiuni este construită (Figurile 4, 5).
Figura 4 - Diferențial
funcții de distribuție timp
stați pentru modelul celular
Figura 5 - Integral
funcții de distribuție timp
stați pentru modelul celular
Figura 4 prezintă funcțiile de distribuție integrală pentru o cascadă de reactoare de amestecare ideale din aceleași secțiuni pentru diferite valori ale lui N.
Prin diferențierea funcției F (τ), putem obține o funcție de distribuție diferențială
În Fig. 5 prezintă funcțiile de distribuție diferențială pentru modelul celular pentru diferite valori ale lui N. Când se ia în considerare modelul celular, s-a subliniat că prin acest model pot fi descrise reactoarele cu debit ideal de amestecare și deplasare ideală. Într-adevăr, pentru N = 1, ecuația poate fi transformată în ecuație
pentru un reactor ideal de amestecare și pentru N → ∞
adică este o funcție de distribuție a reactorului ideal de deplasare.
Astfel, dacă curba de răspuns pentru un reactor cu regim real hidrodinamic este găsită experimental, atunci, comparându-l cu curbele calculate pentru modelul celular, este posibil să se determine valoarea parametrului modelului N.
25, 26) Dovada că curba de răspuns pentru introducerea treptată a indicatorului în reactorul de flux coincide cu funcția de distribuție integrală a timpului de rezidență.
a - când indicatorul este pasit; b - cu intrare puls a indicatorului.
Figura 6 - Curbe de răspuns în RIS-H
În Fig. 6 prezintă funcțiile de distribuție integrală și diferențială ale timpului de reținere într-un reactor cu debit de amestecare ideală.
27) Care sunt principalele separări în condiții de schimb de căldură pentru condițiile de funcționare izotermică și adiabatică ale reactorului?
în condiții adiabatice, creșterea gradului de conversie este însoțită de eliberarea căldurii și a încălzirii, iar temperatura izotermică rămâne constantă.
30) Utilizând soluția grafică a sistemului, ecuațiile materialului și echilibrului termic al reactorului adiabatic de amestecare ideal, analizează posibilitățile de creștere a gradului de conversie realizat în reactor în cazul realizării în el:
a) o reacție exotermă ireversibilă;
b) reacția endotermă reversibilă.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: