Модель реактора полного смешения.

 

Особенности модели:

1. имеет сопоставимые геометрические параметры и изображается в виде емкости с мешалкой.

2. для газов – циркуляционная схема с насосом.

3. значении всех параметров в любой точке реактора одинаковы,

и тоже. Он изотермичен.

4. значения параметров на выходе из реактора равны параметрам в объеме.

5. изменение значения параметров от начального до конечного состояния происходит за нулевой промежуток времени.

6. в зависимости от длины реактора, степень превращения не изменяется. Отсюда и схожесть графиков.

- - - - отклонение (некое подобие реального реактора, которое учитывает перемешивание слоев и т.д.)

 

 

Отсюда вытекает сходность уравнений материального баланса по ключевому компоненту А, в элементарном объеме V, за элементарный промежуток времени:

 

1. Конвективная составляющая – принудительное перемешивание реагента.

2. Диффузионная составляющая (процесс перемешивания под действием разности концентраций).

3. Химическая реакция = ± накопление вещества А.

 

 

Диффузионная составляющая равна 0 (пренебрегаем изменением концентрации компонента)

а) если конвективная составляющая > химическая реакция, то накопление компонента > 0 запуск реактора.

б) если конвективная составляющая < химической реакции, то накопление компонента < 0 остановка реактора.

в) если конвективная составляющая = химической реакции, то накопление компонента = 0 стационарный режим работы реактора.

 

 

РИВ.

 

– изменение степени превращения компонента А в границе элементарного объема.

– число молей компонента А, которое подошло к границе элементарного объема.

 

 

 

 

Это

Полученное уравнение можно продифференцировать и из него следует, что производная прямо пропорциональна скорости химической реакции. Однако в уравнении нас не устраивает , т.к. в производстве используются массовые или объемные потоки. Пересчитаем начальный мольный поток в объемный поток

()

Если скорость выражена:

 

 

 

Не берем коэффициент изменения объема, т.к.

· в реакционной смеси можно пренебречь количеством реакционной смеси.

· за счет использования в кинетическом уравнении мольных долей компонентов с учетом изменения коэффициента изменения объемов, можно при составлении мат. Баланса использовать величину начального объемного потока.

 

Если проинтегрировать уравнение материального баланса, то получим

 

уравнение материального баланса в интегральной форме, которое решает задачу проектирования реактора.

В дифференциальной форме позволяет моделировать реактор.

 

 

РПС.

 

 

 

 

 

Второе решает задачу проектирования.

В изотермическом режиме T во всех точках РИВ и РПС =const.

 

 

Рассмотрим модельную реакцию.

, при условии, что температура, давление, начальные мольные доли компонентов и расход смеси постоянны.

Рассмотрим реактор полного смешения, работающий в изотермическом режиме.

 

Допустим, что объем реактора можно менять от нуля до некоторой величины.

1. Определим каковы будут показатели интенсивности:

При объёме реактора, равном нулю:

· скорость будет иметь некоторое значение, отличное от нуля

· степень превращения будет равна нулю,

· производительность по продукту равна нулю

· мольная доля продукт численно равна начальной мольной доле.

При объёме реактора, стремящемуся к бесконечности:

· процесс будет приближаться к состоянию равновесия

· скорость близка к нулю, но нуля не достигает.

· Степень превращения будет стремиться к равновесному значению. Производительность по компоненту С будет стремиться к некоторому предельному значению, которое определяется расходом реакционной смеси, начальной мольной долей компонентов и максимально возможной степенью превращения ключевого компонента.

При постоянном значении температуры и давления и начальных мольных долей реагента, на величину скорости будут оказывать только изменения текущих мольных долей реагента. Не зависит от того, на сколько эффективно протекает реакция, по мере ее протекания. Мольные доли исходных компонентов уменьшаются, а мольные доли продукта возрастают, отсюда следует, что наблюдаемая скорость реакции будет убывать во всем диапазоне изменения Vp.

 

Рассмотрим экзотермическую реакцию

1. При увеличении температуры:

На входе степень превращения ключевого компонента равна нулю, скорость увеличивается. Так как реакция экзотермическая, то по принципу Ле Шателье увеличение температуры приводит к смещению равновесия в сторону исходных веществ. Равновесная степень превращения ключевого компонента уменьшается. Следовательно, получаем зависимость с пересечением. При проведении обратимой реакции в изотермическом режиме, увеличение температуры выгодно только в том случае, если система находится вдали от равновесия. Вблизи равновесия увеличение температуры невыгодно.

Объем реактора, при котором степень превращения не зависит от температуры, равен объему реактора, при котором скорость химической реакции не зависит от температуры

 

.

 

 

2. При увеличении давления в реакторе, при условии, что коэффициент изменения числа молей больше нуля, но меньше единицы (0<W<1).

При увеличении давления равновесие смещается в сторону продуктов, согласно принципу Ле Шателье.

Во всем диапазоне объёма реактора увеличение давления приводит к увеличению скорости процесса и увеличению степени превращения ключевого компонента, производительности и мольной доли продукта.

 

 

 

3. Увеличение концентрации исходного реагента приводит к увеличению скорости реакции и смещению равновесия в сторону образования продуктов, поэтому зависимости будут аналогичные, но при анализе нельзя представить зависимость степени превращения от объема реактора.

Изменение начальной концентрации ключевого компонента происходит за счёт изменения начальной концентрации инерта.

 

 

4.Увеличение расхода смеси.

Расход смеси на равновесие не влияет. Производительность возрастает, так как она определяется как расходом смеси, так и степенью превращения ключевого компонента. Поэтому возьмем фиксированный объем и увеличим расход смеси.

Выполнение равенства будет исполняться при уменьшении степени превращения и автоматическом увеличении численного значения скорости.

Скорость реакции от расхода не зависит.

Численное увеличение скорости связано с тем, что при одном и том же объёме реактора увеличение расхода приводит к уменьшению достигаемой степени превращения.

Чем больше скорость процесса, тем больше глубина превращения, чем она больше, тем меньше скорость.