ДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКТОРА

СРАВНЕНИЕ РЕАКТОРОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Важнейшими показателями работы реактора, определяющими экономичность химического процесса, являются:

1) размер реактора, от которого зависит его производительность;

2) избирательность протекающего в нем процесса, т.е. селективность;

3) выход продукта.

 

При протекании простых необратимых реакций типа A → R превращение идет в одном направлении, и чем выше степень превращения, тем больше выход продукта. Поэтому при выборе типа реактора для таких реакций имеет значение только первый фактор из числа приведенных выше, т.е. размер реактора, необходимый для достижения заданной степени превращения.

 

 

В реальных реакторах заданная степень превращения достигается при большем времени пребывания реагентов в реакторе, чем это следует из уравнений, полученных для идеальных реакторов.

Степень отклонения реального реактора от идеального определяют экспериментально.

Для этого:

1) В жидкость или газ, поступающие в реактор, вводят индикатор, а затем через некоторые промежутки времени измеряют концентрацию этого индикатора в жидкости на выходе из реактора. 2) По полученным данным строят так называемые кривые отклика. 3) В результате анализа этих кривых определяют такие важные характеристики, как

o минимальное, максимальное и среднее время пребывания элемента объема жидкости в реакторе,

o особенности переходного периода в реакторе (режима перехода из одного установившегося состояния в другое) и др.

 

Наиболее широкое распространение получили два метода ввода индикатора (два вида возмущения): ступенчатый и импульсный.

Ступенчатый метод ввода индикатора чаще применяют на практике. Объясним его на примере реактора вытеснения. Сверху реактора в момент времени τ0 по всему поперечному сечению непрерывно вводят небольшой объем индикатора (например, какого-либо красителя). Затем определяют изменение во времени концентрации индикатора в жидкости на выходе из реактора. По полученным данным строят кривую изменения концентрации индикатора на выходе во времени Син = f (τ) – кривую отклика (при ступенчатом вводе индикатора ее называют F – выходной кривой).

 

Кривые отклика при ступенчатом вводе индикатора в РИВ:

а – на входе в реактор; б – на выходе из идеального реактора; в – на выходе из реального реактора при наличии продольного перемешивания

 

Для РИВ кривая отклика представляет собой такую же ступенчатую прямую, как и для условий входа (рис. а и б), поскольку в РИВ отсутствует продольное перемешивание. В этом случае концентрация индикатора на входе жидкости в реактор мгновенно достигает некоторого постоянного значения по всему сечению реактора, которое сохраняется на всем пути движения жидкости.

Наличие индикатора в жидкости на выходе ее из реактора обнаруживается через некоторый промежуток времени (зависящий от скорости движения жидкости и высоты реактора) и его концентрация в дальнейшем не изменяется, так как он непрерывно вводится в жидкость на входе в реактор и выводится из него.

Для реального реактора вытеснения кривая отклика имеет вид S-образной кривой (рис. в), так как благодаря продольному перемешиванию, которое всегда наблюдается в реальном реакторе, часть индикатора выводится из реактора раньше, а часть – позже основной массы; постоянная концентрация индикатора устанавливается через более продолжительный промежуток времени, чем в РИВ.

 

Сравнение кривых отклика идеальных и реальных реакторов позволяет уточнить математическую модель реактора и, соответственно, повысить точность расчета.