Периодический реактор идеального смешения

В периодическом режиме все реагенты вводятся до начала реакции, а все продукты после окончания процесса. При этом общая масса реакционной смеси остаётся постоянной, а изменению подвергается лишь её качественный состав.

При составлении математического описания принимается, что реакционная смесь однородна по объёму аппарата, а её состав зависит только от времени реакции. Общее уравнение материального баланса имеет вид:

В случае периодического реактора идеального смешения из уравнения материального баланса можно исключить два первых члена описывающих явления конвективного (вызванного движением жидкости) и диффузионного переноса вещества в аппарате. При отсутствии перемещения вещества через реактор в произвольный момент времени, средняя скорость элемента потока равна 0 и следовательно конвективный перенос отсутствует. Диффузионный перенос в реакторе идеального смешения отсутствует по определению так как нет разности концентраций.

Следовательно, уравнение материального баланса принимает вид:

Переход от частных производных к полным сделан на основании того, что по условию идеального смешения, концентрация компонента J в реакторе является функцией одной переменной, а именно времени. Данное уравнение совпадает с уравнением скорости химического превращения.

Для проведения расчётов с использованием этого уравнения в его левую часть подставляют соответствующее кинетическое уравнение. При этом можно рассчитать время реакционного цикла необходимое для обеспечения требуемой степени превращения.

Если J исходный реагент, то концентрацию C_J можно выразить через его степень превращения тогда а уравнение времени реакционного цикла примет вид:

В разные моменты времени условия в периодическом реакторе смешения различные (концентрации продуктов и реагентов, скорости реакции и т. д.), однако в каждый данный момент времени, в силу допущения об идеальности, эти параметры одинаковы.

Изменение концентрации исходного реагента в периодическом реакторе смешения во времени

Изменение концентрации реагента по объёму аппарата

Время, рассчитанное по данным уравнениям, является временем, необходимым для проведения химического превращения.

Однако для проведения химического процесса в реакторе смешения периодического действия помимо основного времени превращения требуется и вспомогательное время на загрузку реагентов, выгрузку продуктов реакции, установление рабочих параметров, зачистку аппарата. Поэтому полное время одного цикла работы периодического реактора суммируется из основного t_ХР и вспомогательного t_ВСП t_å = t_ХР + t_ВСП.

Дата добавления: 2015-07-25