КАСКАД РЕАКТОРОВ ИДЕАЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ
(К-РИС)
К-РИС – это несколько последовательно соединенных РИС-Н. Реакционная смесь последовательно проходит через все секции. Примером является тарельчатая колонна (рисунки 10.1, 10.2).
Для К-РИС необходимо выполнить два условия:
- в каждой секции выполняются условия работы РИС;
- отсутствует обратное влияние, то есть работа последующей секции не влияет на работу предыдущих.
Математическое описание К-РИС, работающего в изотермическом режиме, представляет собой N уравнений РИС-Н, при условии, что параметр предыдущей секции будет начальным параметром следующей секции.
Рисунок 10.1 – Каскад реакторов идеального смешения
Рассмотрим определение концентрации реагента А на выходе из каскада реакторов.
Известно:
. (10.1)
Следовательно, для каскада РИС:
;
; (10.2)
…
,
где ; ; ;
, … – среднее время пребывания реагентов в отдельных ступенях.
Решая последовательно систему уравнений, можно определить концентрации на выходе из каждой секции (рисунок 10.3).
Для простых реакций, осуществляемых в К-РИС, можно получить аналитические уравнения, которые позволяют определить концентрацию на выходе из каждой секции:
;
; (10.3)
…
,
где k1, k2, kN – константы химической реакции в секциях каскада реакторов.
, или (10.4)
. (10.5)
Для последней секции:
. (10.6)
Рисунок 10.3 – Графический метод определения
концентрации реагентов на выходе из К-РИС
Если скорости химической реакции в каждой секции одинаковы, то в этом случае концентрация на выходе из последней секции будет определена:
, (10.7)
где k – константа химической реакции;
– среднее время пребывания реагентов в N-секции.
Если учесть, что = 1-XА, то 1-XА = .
После преобразования:
, . (10.8)
В связи с тем, что скорость химической реакции в отдельных секциях одинакова, при графическом определении концентраций реагента СА1, СА2 и т.д. прямые материального баланса будут параллельны (рисунок 10.4).
WrA
М1
М2
М3
Рисунок 10.4 – Графический метод определения концентрации
реагента на выходе из К-РИС, включающего N секций
равного объема (V1=V2=…VN)
Если задана степень превращения реагента XА, то можно определить число секций заданного объема:
. (10.9)
Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 854;