Периодический реактор идеального смешения (ПРИС)

В ПРИСе за счет идеального перемешивания параметры и концентрация реагентов постоянны в какой-то момент времени.

Графически:

t-время

x(y;z)-пространственные координаты

СА-концентрация реагента А

Но параметры и концентрация реагентов в ПРИСе изменяются во времени.

Графически:

Общий вид математического описания ПРИСа

Где: x-степень превращения исходного реагента

С-концентрация исходного реагента

r-скорость реакции

Конкретный вид математ. описания ПРИСа определяется из уравнения материального баланса.

Для элементарного объема реактора по изменению реагента А материальный баланс представляется в виде ; A R

I. Изменение реагента А в объеме аппарата за счет скорости по осям

II. Изменение реагента А за счет молекулярной и конвективной диффузии по осям x, y,z

III. Изменение реагента А за счет скорости химической реакции

w_x, w_y, w_z - скорости среды по осям x,y,z

Д – коэффициент молекулярной и конвективной диффузии

r_a- скорость химической реакции

и

Периодический процесс в реакторе это не стационарный процесс и он характеризуется изменением концентрации.

При идеальном перемешивании концентрация реагента остается постоянной по всем осям x, y,z. Поэтому :

Тогда или (1)

Известно, что

(2)

- количество вещества А в начале и в конце реакции ( Na- текущая концентрация)

Если реакционный объем Vр =const, то

(3)

- начальная и текущая концентрация реагента А

Из уравнения (3) определяем текущую концентрацию Са

(4)

Скорость химической реакции в общем виде выражается : (5)

Производная от уравнения( 4)

(6)

С учетом уравнений (5) и (6) уравнение (1) будет :

Если уравнение( 6) поставить в уравнение (1), то получим математическое описание ПРИСа или

Или (7)

Проинтегрировав уравнение (7) в пределах изменения времени пребывания от 0 до t и степени превращения от 0 до Xа получим

(8)

Это и есть модель ПРИСа или математическое описание ПРИСа (времени реакции)

Математическое описание ПРИСа при порядке реакции n=n

Уравнение (4) и (5) подставим в уравнение (8)

(9) при n=n

При порядке реакции n=1

(10)

При порядке реакции n=0

(11)

Уравнение (10) и (11) проинтегрируем

(12) n=0

ln ln

ln (13) n=1

Если начальная степень превращения , то уравнения 9, 12,13 примут вид

(14) n=n

(15) n=0

ln (16) n=1

Если порядок реакции и , то уравнение (9) трудно интегрировать, поэтому применяют метод графического интегрирования.

1.Строим графическую зависимость в координатах

и т.е.

2,Находят площадь S под кривой

;

3.Произведение начальной концентрации на площадь S дает время химического процесса

7 Реакторы идеального вытеснения (РИВ)

РИВ – трубчатый аппарат длина которого значительно превышает диаметр ( непрерывый процесс осуществляется)

Непрерывный процесс может быть стационарным и нестационарным. Последний характерен для привода пуска и остановки РИВ.

В РИВе степень превращения и концентрация изменяются:

Особенности РИВ.

1.Среда движется в одном направлении по - длине

2.Продольное и поперечное перемешивание отсутствуют.

3.Среда движется как поршень не перемешиваясь с предыдущими и последующими слоями, такой режим называется поршневым..

4. Состав среды изменяется вдоль РИВ в определенной зависимости.

5.Время пребывания каждой частицы в РИВе одинаково.