Bateria reaktorw przepywowych z idealnym mieszaniem
1. Wprowadzenie
Ten typ reaktorw cechuje si ustalonymi warunkami pracy, idealnym mieszaniem w przestrzeni reakcyjnej prowadzcym do homogenicznoci skadu w caym aparacie. Parametry strumieni wyjciowych dla danej reakcji s takie same jak wewntrz reaktora i nie zale od pooenia, lecz od czasu przestrzennego
T , CA , A = f() (1)
Szeregowe poczenie kilku reaktorw tworzy tzw. bateri lub kaskad umoliwiajc osiganie wikszych stopni przereagowania A w porwnaniu z pojedynczym aparatem. Reaktory przepywowe z idealnym mieszaniem znalazy zastosowanie gwnie do prowadzenia reakcji w fazie ciekej. S one czsto stosowane w przemyle, a take w laboratorium do bada kinetycznych, umoliwiaj bowiem w prosty sposb eksperymentalne wyznaczenie krzywej CA = f() w szerokim zakresie ste.
Pojedynczy reaktor
CAo , Ao = 0
CA1 , A
CA 
A V
Rys. 1 Oznaczenie strumieni dla pojedynczego reaktora przepywowego .
Rwnanie o znaczeniu projektowy wyprowadza si na podstawie bilansu materiaowego (rys. 1), ktry ze wzgldu na brak gradientu stenia wewntrz aparatu sporzdza si dla caego reaktora. Warunki ustalone pozwalaj pomin czon akumulacji, dlatego przy nie zmieniajcej si gstoci roztworu
szybko dopywu A = szybko wypywu A + szybko zuywania A
do reaktora z reaktora w przemianie
Fao(1- Ao) = Fao(1- A) + rA V (2)
= 
+ rA V (3)
Z zalenoci (2) i (3) wynika wzr okrelajcy czas przestrzenny
(4)
Kaskada reaktorw
CAo CA1 CA2 CA3 CAj
,Ao A1 A2 A3 Aj ,
Rys 2 Oznaczenia strumieni w baterii reaktorw .
W kaskadzie (baterii) reaktorw przepywowych z idealnym mieszaniem produkt z poprzedniego stopnia jest surowcem do nastpnego, jak to ilustruje rys.2.
Jest uzasadnione wzgldami techniczno-ekonomicznymi , by objtoci wszystkich stopni w kaskadzie byy jednakowo rwne.
V1 = V2 = V3 = .......= Vj = V
Wydajno kaskady reaktorw dla danej reakcji, warunkw izotermicznych i idealnego mieszania zaley od liczby stopni i czasu przestrzennego w i-tym stopniu.
Udowodniono, e dla j ! " wydajno baterii jest tak sama jak reaktora rurowego. Szybko reakcji w dowolnym i-tym stopniu kaskady opisuje rwnanie
(5)
Posugujc si nim mona obliczy stenie skadnika A po j-tym stopniu kaskady, pod warunkiem , e znane s: rwnanie kinetyczne reakcji, stenie pocztkowe reagentw, czas przestrzenny i oraz liczba stopni j w baterii. Tak np. dla reakcji I rzdu i pierwszego stopnia kaskady
(6)
Po drugim stopniu
(7)
a po j-stopniach
(8)
Dla reakcji II rzdu, gdy CAo=CBo oraz EA=0
(9)
std zachodzi konieczno rozwizania rwnania kwadratowego
k""C2Ai + Cai - Cai-1 = 0 (10)
Dla dodatniego pierwiastka otrzymujemy
(11)
skd po pierwszym stopniu stenie CA1 wyniesie
(12)
Po drugim stopniu kaskady
(13)
po j-tym stopniu za
(14)
Kocowe stenie skadnika A po j-tym stopniu mona rwnie wyznaczy metod graficzn, majc szczeglne zastosowanie w reakcji wyszych rzdw i reakcji nieelementarnych. Opierajc si na znanych rwnaniach kinetycznych sporzdza si krzyw rA=f(CA). Nastpnie na wykres ten nanosi si lini ruchow (rys. 3), rozpoczynajc od Cao o nachyleniu rwnym 1/i, co wynika z rwnania (5). Dalej „schodkuje si” jak w ekstrakcji wspprdowej, gdy produkt z poprzedniego stopnia jest surowcem do nastpnego.
Nachylenie nie zmieni si, gdy V1=V2=Vi=V, a dla ukadw ciekych Vo=const wzdu drogi przepywu. Liczba „schodkw” jest rwna liczbie reaktorw w kaskadzie, ktra jest dla okrelonej reakcji niezbdna, by przy danym i stenie skadnika spado z Cao do Caj. Inna metoda graficzna opiera si na rwnaniu bilansowym
rA CAo
CA1
CA2
CA3
CA3 CA2 CA1 CAo CA3 CA2 CA1
Rys. 3 Wyznaczanie liczby reaktorw w kaskadzie Rys. 4
CAi-1 = CAi + rAi i= (CAi)
Dla znanego rwnania kinetycznego rAC= f(CAC) oblicza si warto funkcji (CAi) i nanosi na wykres jak na rys.4. Liczba schodkw jest rwna liczbie reaktorw
Jak to ju zaznaczono, zarwno pojedynczy reaktor, jak i kaskada reaktorw z idealnym mieszaniem s bardzo przydatne w badaniach kinetycznych.
Interpretacja wynikw jest bardzo uatwiona, korzysta si bowiem z tego e parametry strumienia wyjciowego reprezentuj zarazem warunki panujce wewntrz reaktora. Posugujc si rwnaniem (5) atwo obliczy szybko w i-tym stopniu kaskady na podstawie rnicy ste Cai oraz czasu przestrzennego i . Tak obliczone rAi jest rzeczywist szybkoci reakcji pod warunkiem, e mieszanie w reaktorze byo idealne.
2. Cel wiczenia
Celem wiczenia jest wykonanie kinetycznych reakcji zmydlenia octanu etylu ugiem sodowym w kaskadzie reaktorw przepywowych z idealnym mieszaniem oraz interpretacja uzyskanych wynikw pod ktem otrzymania rwnania kinetycznego tej reakcji.
3. Aparatura
Instalacja dowiadczalna (rys. 5) skada si z 2 zbiornikw naporowych 1 i 2, w ktrych znajduj si reagenty A oraz B, z ukadu regulacyjno - pomiarowego w postaci zaworw iglicowych 3, rotametrw 4, trjdronych zaworw 5 sucych do cechowania rotametrw oraz z wymiennikw ciepa 6 i kaskady rektorw 7.
Wewntrz kadego stopnia znajduj si: mieszado zapewniajce idealne mieszanie pynu reagujcego, termometr 8, elektroda konduktometru 9 i spirala termostatujca.
4. Metodyka pomiarw
Wodne roztwory octanu etylu oraz ugu sodowego o steniu 0.2 mola/dm3 przepuszcza si przez wycechowane uprzednio rotametry 4 regulujc zaworami 3 tak, by objtoci0owa szybko VA bya rwna VB. Warto Vo=VA+VB oraz temperatury procesu podaje kadorazowo prowadzcy zajcia.
Nastpnie wprowadza si oba strumienie przez wymienniki 6 do kaskady 7, uruchamia mieszada, termostaty i prowadzi reakcj a do osignicia warunkw ustalonych we wszystkich stopniach kaskady. Wskanikiem tego stanu s stae temperatury wewntrz poszczeglnych stopni oraz nie zmieniajce si stenia. Te ostatnie mierzy si konduktometrycznie i odczytuje z krzywej cechowania poszczeglnych elektrod.
1/R .102 = f(
)
C - jest steniem NaOH, rwnym nieprzereagowanemu CH3COOC2H5, proces prowadzono bowiem przy CAo=CBo.
Bezporednie wyniki pomiarw zestawi w tabeli 1.
Tabela 1
Wyniki pomiarw kinetycznych w baterii raktorw
Numer stopnia |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Opracowanie wynikw pomiarw
Bezporednie wyniki pomiarw naley zinterpretowa tak, by na ich podstawie wyznaczy rwnanie kinetyczne reakcji. W tym celu oblicza si szybko rekcji w poszczeglnych stopniach kaskady, przyporzdkowujc je panujcym tam steniom , a wyniki tych oblicze przedstawia w formie wykrelnej:
1) Rai = f(CnAi), zakadajc n = 1,2, ... ,
2) lg rAi = lg k +n"lg Cai.
Tok oblicze dyktuj poszczeglne rubryki w tabeli 2.
T a b e l a 2.
Wyniki oblicze k i n
Nr pom. |
Nr stop. |
Cai mol/dm3 |
rAi mol/dm3s |
lg rAi mol/dm3s |
lg Cai mol/dm3 |
Wyznaczona rzdowo reakcji n |
k (mol/dm3)1-ns-1 |
CnA (mol/dm3)n |
1 |
1 2 3 4 |
|
|
|
|
|
|
|
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Reaktor przepływowy pracuj±cy izotermicznie (2), 1
reaktor przepływowy - izomeryzacja G-F - instrukcja, Materiały Na Studia
Rozkład czasu przebywania w baterii reaktorów (4), 1
Reaktor przepływowy pracuj±cy adiabatycznie (3), 1.3 PRZEP?YWOWY REAKTOR ZBIORNIKOWY PRACUJ?CY W WAR
instrukcja reaktory przepływowe-izomeraza[2011], [3] Izomeraza glukozowa
pwsz kalisz PROJEKT zbiornikowego reaktora przepływowego = PROCESY jednostkowe, inżynieria ochrony ś
bateria reaktorow
Rozkład czasu przebywania w baterii reaktorów
plutecki,pompy i układy pompowe, przepływ cieczy idealnej
bateria mieszajaca VUXCG4EJCXK46ZETV2XTFHL5L7ZSBANXTAQOB7A
SWOBODA PRZEPŁYWU UE
Reaktor Jądrowy
Układy wodiociągowe ze zb przepł końcowym i hydroforem
Reaktory jądrowe
Swobodny przepływ kapitału w UE
więcej podobnych podstron