5.1.1. Реактор идеального вытеснения.
Примером такого реактора может служить трубчатый реактор для производства малеинового ангидрида. В таком реакторе все частицы движутся в заданном направлении не перемешиваясь с движущимися впереди и сзади и полностью вытесняя подобно поршню находящиеся впереди частицы потока (поршневое движения потока).
Время пребывания всех частиц в аппаратах идеального вытеснения одинаково, то есть временной характеристикой реактора служит уравнение
где 
- среднее время
пребывания частиц; 
- расход реакционной
смеси; 
- обем
реактора.
По
длине (высоте) реактора плавно
изменяются концентрации
реагентов и в соответствии с
этим изменяется скорость
реакции. Так, для простой
реакции 
,
протекающей без изменения
объема при постоянстве
температуры по мере протекания
реакции по длине (высоте) и
(или), что тоже и по времени
пребывания в реакторе ,
уменьшается концентрация
вещества 
от 
до 
(см. рис 1а),
увеличивается степень
превращения (см. рис 1б) и
снижается скорость реакции (см.
рис 1в).
Рис.1.
Характеристическое уравнение реактора идеального вытеснения, полученное на основе уравнения материального баланса имеет вид:
где - начальная
концентрация вещества А; 
- степень превращения; 
- скорость реакции.
Уравнение
(2) позволяет , если известна
кинетика процесса, определить
время пребывания реагентов, а
затем размеры реактора при
заданных расходе реагентов и
степени превращения или
производительность 
при заданных размере
реакторе и степени
превращения.
Для
реакции 
при
большом избытке вещества И
(гидратация и гидролиз при
избытке воды, окислении при
избытке кислорода и др.)
уравнение скорости реакции 
тогда
Для необратимой реакции нулевого порядка
Для необратимой реакции первого порядка
Если
реакция идет с изменением
объема, то необходимо
учитывать относительное
изменение объема всей системы 
при изменении степени
превращения от 0 до 1
где 
- соответственно объем
реакционной массы при 
.
Концентрация
реагентов для такой реакции 
и время пребывания для
необратимой реакции будет
равно
Для необратимой реакции нулевого порядка
Для необратимой реакции первого порядка
Вывод Математическая модель вытеснения можно применять для технологических расчетов при проектировании жидкофазных трубчатых реакторов с большим отношение длины трубы к его диаметру. Такие реакторы широко применяются в производствах органического синтеза (производство малеинового ангидрида и др.).
|
|
|
|