Гидродинамические режимы в реальных реакторах

В реальных реакторах время достижения заданной степени превращения реагента обычно больше, чем время, рассчитанное по характеристическим уравнениям. Это связано с тем, что в реальных реакторах гидродинамический режим отличается от идеального режима, взятого за основу при создании модели. Например, в реальном трубчатом реакторе наряду с переносом вещества в направлении движения потока реакционной массы возможно обратное движение молекул (обратная диффузия), а также перемещение вещества в радиальном направлении (радиальная диффузия).

Существуют модели, учитывающие это перемещение реагентов. Модель, учитывающая только обратное перемешивание, называется однопараметрической диффузионной моделью. Модель, учитывающая наряду с обратным перемешиванием и радиальное перемешивание, называется двухпараметрической диффузионной моделью.

Для этих моделей, как и для модели РИВ-Н, справедливы равенства:

Но, в отличие от РИВ-Н, для однопараметрической модели

,

где D_L – коэффициент обратной диффузии.

При стационарном режиме, когда , уравнение однопараметрической модели имеет вид

Рассуждая аналогичным образом, можно получить уравнение двухпараметрической модели

,

где D_R – коэффициент радиальной диффузии.

Степень отклонения реального реактора от идеального, которую можно количественно охарактеризовать отношением их объемов , зависит от ряда показателей, например, для однопараметрической модели – от D_L, линейной скорости потока W и длины реактора L. Эти показатели сведены в безразмерный комплекс , представляющий собой обратный критерий Пекле . Покажем, как изменяется показатель при увеличении конверсии реагента при разных значениях комплекса .

При =0 V_р = V_ид..

Чем больше , тем больше отношение , тем больше отклонение гидродинамического режима в реальном реакторе от режима в идеальном реакторе, то есть для достижения одинаковой конверсии нужен все больший объем реактора по сравнению с V_ид. Особенно сильно проявляется различие при больших степенях превращения реагента.

Одно- и двухпараметрические диффузионные модели тоже не полностью описывают гидродинамический режим в реальных реакторах.

В реальных реакторах возможно образование застойных зон, где задерживается реакционная смесь, Скорость химической реакции в этих застойных зонах, если и не равна нулю, то существенно отличается от скорости реакции в основном потоке.

Второй причиной, по которой часть реакционного потока может не принимать участия в реакции, является наличие внутренних байпасов. Байпас – явление, при котором часть потока очень быстро проходит через реактор от входа к выходу (проскальзывает) и почти не участвует в химической реакции.

Третья причина – образование циркуляционных зон, в результате чего время пребывания частиц в реакторе становится больше.