2372


0x01 graphic

w izotermie - gdy temperatura w całej objętości reaktora jest stała T1=T0x01 graphic

szybkość jest uzależniona od stopnia przemiany w praktyce najwygodniej jest realizować w produkcję za pomocą układu regulującego dopływ pary grzejnej za pomocą czujnika umieszczonego w masie reakcji .

0x01 graphic

Adiabatyczne- warunki w których nie zachodzi wymiana ciepła z otoczeniem. Zatem podwyższenie temperatury jest konsekwencją ciepła reakcji egzotermicznej. Jeżeli w tych warunkach wymiana ciepła nie zachodzi to: 0x01 graphic

Lub po wprowadzeniu średniej entalpii reakcji T1-T0x01 graphic

0x01 graphic
VmR=const

t= 0x01 graphic
VmR0x01 graphic
const

0x01 graphic

0x01 graphic

to pełny matematyczny adiabatycznego reaktora okresowego, w/w rozwiązaniu otrzymuje się z bilansu masowego n

0x01 graphic

0x01 graphic

proces nie izotermiczny ze stałą szybkością wymiany cieplnej Rq=const jeśli istnieje duża różnica temperatur między czynnikiem grzejnym chłodzącym a mieszaniną reakcyjna.

Tq-T=const

0x01 graphic

lub po wprowadzeniu średniej entalpii molowej 0x01 graphic

T=f(t)

Wcześniejsze równania uzyskuje się pełny model określonego reaktora nie izotermicznego ze stałą wymianą ciepła.

Proces nie izotermiczny ze zmienną szybkością wymiany ciepła

W przypadku przeponowego ogrzewania mieszaniny reakcyjnej za pomocą pary grzejnej przy czym mieszanina jest intensywnie mieszana K,F,Tq =const T=f(t) Tq-T0x01 graphic
const Powyższe równania przyjmują formę 0x01 graphic

lub po wprowadzeniu średniej entalpii uzyskuje się 0x01 graphic

Reaktory przepływowe

Rurowy- wieżowy

Dla reaktora rurowego - przepływ tłokowy nie następuje tu gradient stężenia i temperatury: konstrukcja taka gwarantuje szybkość reakcji i stosunkowo krótki czas przebywania. Z punktu widzenia modelu matematycznego rozróżnia się następujące modele: 1-wymiarowy o przepływie tłokowym, 1-wymiaroym o przepływie dyspersyjnym, 2-wymiarowy jednoparametrowy, 2-wymiarowy dwuparametrowy, r-rurowe wykonuje się do prowadzenia procesu w fazie gazowej i ciekłej. W wyniku istnienia gradientu stężenia i temperatury w kierunku przepływu najczęściej rozpatruje się 1-wymiarowy o przepływie tłokowym lub dyspersyjnym

0x01 graphic
w idealnym reaktorze przepływowym

AR*U*CA strumień wejściowy

AR*U*CA-RA*U(CA+dCA/dxdx)+-AR*rA(T,CA)dx=0 ogólne równanie masowe reaktora okresowego. Po uproszczeniu mamy -UdCA/dx=rA(T,CA)

AR-przekrój poprzeczny reaktora

Po wprowadzeniu stopnia przemiany dogodnie z def oraz bezwymiarowej długości reaktora αA=CA0-CA/CA0

l=x/L e(0,1)

CA0=dCA/dt=V*rA(αA,T)

Równanie projektowe reaktora rurrowowężowego

0x01 graphic

0x01 graphic

AR=const VR-AR*x Objętość reaktora rurowego

DVR=AR*dx

Bilans cieplny

0x01 graphic

dn/dt=0 równanie bilansu cieplnego sprowadza się do postaci

0x01 graphic
różniczka entalpii

0x01 graphic
w ilość ciepla wymieniona z otoczeniem

dh =dQw

dh=Rqv*dvR

rqv=kt(Tq-T) określa powierzchnię wymianę ciepła w odniesieniu do metra sześciennego objętości reaktora

RqvdVR=AR*Rv*dx=(Rgl)x

Fv- powierzchnia wymiany ciepła odniesiona do 1 metra sześciennego odniesiona do reaktora

Fx- powierzchnia wymiany ciepła odniesiona do 1 metra bieżącego długości reaktora

Uzyskuje się ogólne równanie bilansu cieplnego reaktora rurowego

0x01 graphic

+(ΔHa)nCA*dαA=Rqv*dVR

0x01 graphic

0x01 graphic

Proces izotermiczny - w procesie tym model reaktora stanowi jedyne równanie bilansu materiałowego które w postaci całkowitej przyjmuje postać

CA0=0x01 graphic

l=0x01 graphic

αA=f*(l)

w wyniku rozwiązania uzyskuje się rozkład stopnia przemiany wzdłuż długości reaktora

l=x/L - całkowita długość reaktora

Kumulujące się w/w reakcji ciepło zostaje odbierane w przypadku reakcji egzotermicznej przez czynnik zewnętrzny. Zaś szybkość tej przemiany określa równanie

0x01 graphic
to równanie określa zmianę stopnia przemiany wzdłuż długości reaktora x, przy wymianie ciepła z otoczeniem

Proces adiabatyczny - w procesie tym ciepło Rqv =0 zatem model reaktora rurowego określa równanie bilansu materiałowego oraz równie bilansu cieplnego w postaci (brak wymiany ciepła z otoczeniem)

0x01 graphic

0x01 graphic

Jak wynika z układu rozkład temperatur jest liniową funkcją stopnia przemiany

Cw=ρ/kgK

Cw=Cp/N

Cp=J/molK

Proces nie izotermiczny ze stałą szybkością wymiany ciepła RqL=const. Model tego procesu opisuje równanie bilansu materiałowego odniesione do objętości reaktora oraz równanie bilansu cieplnego przy założeniu RqV=const

Rownanie bilansu materiałowego dαA/dVR=Ra(αA,T)/noA oraz równanie bilansu cieplnego które uzyskujemy uwzględniając w ogólnym równaniu

0x01 graphic

0x01 graphic

przyjmujemy średnice molowe ciepła 0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Proces nie izotermiczny ze zmienną szybkością wymiany ciepła RqL0x01 graphic
const

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Reaktor zbiornikowy: W reaktorze tym świeży strumień surowca miesza się z całą objętością mieszaniny reakcyjnej według wzoru czego następuje spadek stężenia substratów i w konsekwencji zmniejszenie szybkości. Reaktory charakteryzują się dużą średnicą w stosunku do ich długości (nierzadko są to reaktory kuliste). Zaopatrzone zazwyczaj w urządzenie mieszające utrzymujące stan zbliżony do stanu idealnego wymieszania, a w konsekwencji nie występują gradienty stężenia i temperatury. Zaletą ich są łatwość utrzymywania warunków izotermicznych ze względu na zbyt małą powierzchnię wymiany ciepła w porównaniu z ich objętością. Stosowane do prowadzenia w fazie ciekłej pod niskim lub średnim ciśnieniem. Mogą być też stosowane w reakcjach o silnym efekcie termicznym pod warunkiem że poziom temperatury jest dogodny za względu na inne okoliczności. Wadą jest to że nie nadają się do prowadzenia reakcji w fazie gazowej oraz mała szybkość zachodzących przemian. Równanie projektowe (bilansu materiałowego) zakładamy że akumulacja równa się 0. dn/dt=0

Przyrost liczby moli ΔnA=RAszybkość reakcji

0x01 graphic
różnice strumieni z definicji stopnia przemiany mamy Δna=noa (α2A-α1A)=Fonxox(α2A-α1A)For*CoA(α2A-α1A)

Z=VR/Fon=xox(α2A-α1A)/rA(α2A)

Z'=VR/Fon=CoA(α2A-α1A)/rA(αoA)

Strumień liczby moli przepływającego składnika Noa=ForCoA=FonxoA

0x01 graphic

0x01 graphic

kaskada reaktorów zbiornikowych :

równanie projektowe- w wielu przypadkach korzystne jest stosowanie zespołu mniejszych reaktorów zbiornikowych zamiast jednego reaktora dużego, taki zespół w którym strumień opuszczający pierwszy reaktor...

baterie reaktorów zaopatrzony w mieszadła jest stosowany do reakcji biegnących w środowisku ciekłym. Liczbą stopni kaskady nazywa się liczbę reaktorów pracujących, w zespole reaktory kaskady mogą mieć taką samo objętość bądź mogą się nią różnić. Zastosowanie kaskady pozwala zmniejszyć stopień wady jednego reaktora. Jeżeli liczba stopni kaskady jest odpowiednio duża to końcowy stopień przemiany zbliża się do wartości osiąganych w idealnym reaktorze rurowym bądź okresowym. Równanie projektowe dowolnego reaktora kaskady przyjmuje postać identyczna jak dla reaktora pojedynczego zależnie od warunków dla reaktora n

0x01 graphic

0x01 graphic
lub 0x01 graphic

Vrm - objętość m-tego stopnia kaskady

Vm zm -zsatepczy czas przebywania w reaktorze m

αm,A stężenia bądź stopnie przemiany w reagenta A w strumieniu zasilanym

Zatem w odniesieniu do kaskady z rysunkiem modelu matematycznego przedstawia się następująco

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

po wprowadzeniu stopnia przemiany αmA=CoA-CmA/CmA

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Wydajność kaskady zależy od liczby strumieni wielkości stopni i intensywności mieszania, najczęściej oblicza się końcowe stężenie. Szczegół I rzędu zastępczy czas przebywania. Temperatury we wszystkich stopniach są taki same, końcowe stężenie lub końcowy stopień przemiany możemy wyrazić wzorem jeżeli dane jest rA=kCA=kCAo(1-αA) to po rozwiązaniu równia ogólnego dla n-tego stopnia mamy 0x01 graphic
a stąd dla m=1

0x01 graphic
αn=0

Reaktor pół okresowy(pół przepływowy) charakteryzuje się tym że część reagenta wprowadzona jest na zas. okresowości a część zgodnie z zas. obowiązująca dla reaktora okresowego faza okresowa- faza ciekła. Faza gazowa f przepływowa. Reaktory poł przepływowe pracują w warunkach nieustalonych. Mamy trzy sposoby prowadzenia procesów w tym reaktorze:

reakcja odwracalna - gdy jeden z produktów może być odbierany na początku wprowadza się wszystkie substraty do reaktora i po zainicjowaniu reakcji i odbiera się pożądany produkt, przypadek opisuje zależność Fm=0 F2m0x01 graphic
0 np. reakcje estryfikacji w którym woda jest odprowadzana w sposób ciągły.

reakcja złożona - A+BP

A+AX w tym przypadku do reaktora ładuje się całkowitą masę substratu B, a substrat A dozuje się małymi porcjami, zachodzi tu Fm0x01 graphic
0 i F2m=0 utrzymuje się stężenie A na niskim poziomie nie dopuszczając do wzrostu produktów ubocznych np. chlorowanie benzenu

Reakcje egzotermiczne - aparat napełnia się jednym z substratów następnie w sposób ciągły podaje się porcjami drugi surowiec ten typ reakcji ma miejsce w przypadku istnienia produktów ubocznych - reakcje II typu lub przy reakcji silnie egzotermicznej.

Równanie projektowe w reaktorze takim zachodzą przemiany chemiczne spełnia zasadę zachowania masy, zatem akumulacja masy =dm/dt=F1m=F2m F1,F2m=const m=m0+(F1m-F2m)*t

ρmR=mmR/VmR,ρomR=monR/VomR

VmR=VomRρomR+(F1m-0F2m)*t/ρmR przyjmujemy że ρmr=ρomr=const to reakcja jest egzotermiczna VmR=VomR+(F1m-F2m)*t/ρmR równania te dotyczą ogólnego równania bilansowego. dnA/dt=F1mXa/Ma-F2mX2a/Ma+-VmR*rA Jeżeli w układ wchodzą równania niezależnych reakcji to wówczas obowiązuje równanie 0x01 graphic

Bilans cieplny reaktora pół przepływowego wynika z bilansu masowego strumienia wpływającego i wypływającego 0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
2372
kolo pyt i odp wszystko id 2372 Nieznany
2372
2372
2372
2372
2372
2372 Pytania egz dypl IBSN 1
Electrolux ERN 2372 Manual
2372

więcej podobnych podstron