Лекции Шпаргалки Шпоры дисциплина Реакторы

Лекции Шпаргалки Шпоры дисциплина Реакторы

 

Ответы на вопросы:

 

Классификация химических реакторов

 

Классификация химических реакций

 

Технологический критерий эффективности химико-технологического процесса.

 

Периодический реактор идеального смешения ПРИС

 

Графическое представление изменения концентрации реагента А в ПРИСе

 

Реактор идеального вытеснения (РИВ)

 

Реальный реактор вытеснения (РРВ)

 

Непрерывный реактор идеального смешения (НРИС)

 

Каскад реакторов идеального смешения (КРИС) Графический метод расчёта КРИС

 

Аналитический метод расчета КРИС

 

Расчет КРИС итерационным методом

Сравнение ПРИС и РИВ

 

Сравнение НРИС и РИВ

 

Тепловые реакторы

 

Тепловая модель реактора идеального смешения

 

Диффузионная тепловая модель реактора вытеснения

 

Графическое представление изменения температуры нагреваемой среды в различных тепловых моделях по их длине

 

 

заказать индивидуальную работу

Купить эти ответы за 200 рублей онлайн

Прошу обратить внимание, что при покупке работ на сайте

Вам в почту приходит не сам файл с работой, а ссылка на файл с работой, по которой нужно скачать дипломную работу СНАЧАЛА НА ЖЕСТКИЙ ДИСК своего компьютера.

Открывать и просматривать работу нужно с жесткого диска своего компьютера.

Файл с работой приходит к Вам в архиве, который нужно распаковать.

Если у Вас нет опыта оплаты и получения заказа через платежную систему «Робокасса», то Вы можете посмотреть видеролик на этой странице, где эта процедура подробно рассмотрена.

Если у Вас возникли вопросы и что-то не получается

Вы всегда можете задать вопрос через форму обратной связи задать вопрос

 

 

 

 

 

Классификация химических реакторов.

По гидродинамическим условиям: 1) реакторы смешения – это аппарат, в котором рабочая среда перемешивается мешалкой или циркуляционным насосом, 2) реакторы вытеснения – это аппарат в форме удлиненного канала, в котором рабочая среда перемешивается в ограниченном объеме dV за счет завихрений и колебаний скорости потока, ведущих к неравномерности поля скоростей в поперечном сечении потока. Идеальное смешение – это полное выравнивание параметров реакционной среды по всему объему реактора. Идеальное вытеснение – при этом рабочая среда движется как поршень не перемешиваясь с предыдущими и последующими слоями и все параметры реакционной смеси изменяются по одному закону.

По теплообменным условиям: химическая реакция сопровождается тепловым эффектом. Физические явления (испарение , кристаллизация) также сопровождаются выделением/поглощением тепла. В связи с этим они делятся:

а) адиабатические – вся теплота, выделенная в результате химической реакции или другого физического явления тратится на внутренний теплообмен и теплообмен реакторов с окружающей средой отсутствует, б)изотермический реактор – температура в реакторе постоянная за счет теплообмена с окружающей средой,

в) автотермический – необходимая температура реакционной смеси в реакторе поддерживается только за счет химической реакции.

По фазовому составу: а)реакторы гомогенных процессов в системах г-г, ж-ж, б)реакторы гетерогенных процессов в системах г-ж, г-т, ж-т.

По способу организации процесса: а) периодические – переменны: стадии, концентрации, параметры; б)непрерывные (поточные) – в них исходные готовые продукты загружаются, выгружаются непрерывно и постоянно; в) полунепрерывные (полу периодические) – исходные продукты загружают непрерывно, готовый продукт периодически.

По времени изменения параметров процесса:

а) стационарные – это когда в любой момент времени в заданной точке объема реактора параметры не изменяются;

б) не стационарные – это когда в любой момент времени в заданной точке параметры переменны.

По конструктивным особенностям: а) емкостные: автоклавы - вертикальные и горизонтальные конверторы; б) реакторы с неподвижным псевдоожиженным слоем; в) реакторы типа теплообменников; г)реакторы типа реакционной печи: каменные, полочные, вращающиеся.

Классификация химических реакций

По способу проведения: простые и сложные. Простые проходят в одну стадию и в одном направлении А→R, A+B→R. Сложные проходят в несколько стадий и в нескольких направлениях: а)последовательные А→B→R, б)параллельные A→R, A→B, в)сопряженные – если одна реакция проходит самопроизвольно, а другая только в присутствии первой, г)комбинации по пунктам а)б)в), д)обратимые A↔R.

По молекулярности: моно-, би-, тримолекулярные – по числу молекул, участвующих элементарном акте реакции.

По порядку реакции: aA+bB→rR+sS, , где r – скорость реакции, - концентрации исходных реагентов А и В, k – константа химической реакции, - порядок химической реакции. Порядок реакции – это сумма показателей у степеней концентраций исходных веществ в уравнении скорости химической реакции. Бывает 1-го, 2-го, 3-го и дробного порядка химической реакции. Если в реакционной смеси концентрация одного из реагирующих веществ в избытке, то уравнение скорости химической реакции упрощается и снижается порядок реакции.

По фазовому составу: а)гомогенные в системах ж-ж, г-г; б)гетерогенные в системах г-ж, г-т, ж-т.

По тепловому эффекту: а)экзотермические с выделением тепла и уменьшением энтальпии реакционной смеси (тепловой эффект реакции меньше нуля, ∆Н<0), б)эндотермические с поглощением тепла и увеличением энтальпии реакционной смеси (тепловой эффект реакции меньше нуля, т.е. ∆Н<0). Каталитические и некаталитические.

Технологический критерий эффективности химико-технологического процесса.

1. Степень превращения, x. Для A→R (xA). Степень превращения – это доля исходного вещества, израсходованного в ходе химической реакции

Периодический реактор идеального смешения ПРИС

Математическое описание в ПРИСе в общем виде.

Для любого реактора уравнение материального баланса можно представить в виде

Графическое представление изменения концентрации реагента А в ПРИСе

Реактор идеального вытеснения (РИВ)

К этим реакторам следует отнести аппараты, у которых длина превышает диаметр. Загрузка и выгрузка осуществляется непрерывно. В них могут протекать стационарные и нестационарные режимы.

Изменение параметров в РИВе:

Особенности РИВ:

1) перемешивание продольное и радиальное отсутствует

2) реагенты движутся только в одном направлении

3) каждый элемент объёма dV движется, не перемешиваясь ни с предыдущими, ни с последующими слоями и ведёт себя как твёрдый поршень, поэтому в РИВе движение сред называют поршневым

4) состав продуктов реакции меняется по длине в определённой зависимости

5) время пребывания каждой частицы одинаково

Уравнение материального баланса для РИВ:

 

При нестационарном режиме химического процесса математическое описание РИВ.

Такой режим проявляется только в период пуска и остановки РИВ.

Для стационарного режима РИВ ( ) математическое описание РИВ будет:

Если порядок реакции n дробный, то время процесса определяют методом графического интегрирования:

1) строят зависимость

2) определяют площадь S под кривой

3) произведение даёт время химического процесса

Реальный реактор вытеснения (РРВ)

В нём присутствует продольное и радиальное перемешивание. При наличии только продольного перемешивания уравнение материального баланса будет: (1)-однопараметрическая диффузионная модель РРВ

Критерий Пекле характеризует отклонение гидродинамики РРВ от РИВ.

Если в РРВ есть продольное и радиальное перемешивание, то уравнение материального баланса будет:

WY=WR

Непрерывный реактор идеального смешения (НРИС)

В НРИСе продукт реакции вводится и выводится непрерывно.

Изменение параметров процесса в НРИСе:

В виду интенсивного перемешивания концентрация реагентов быстро выравнивается по объёму и становится постоянной при определённой скорости подачи реагента.

-обусловлены разными скоростями подачи реагентов

В связи с этим изменение параметров процесса дифференциальной формы заменяется на интегральную.

Уравнение материального баланса для НРИС:

(VP, υ-объём реактора и скорость подачи реагентов сНА, сА-начальная и текущая

Каскад реакторов идеального смешения (КРИС)

В единичном НРИСе не достигается высокая степень превращения вещества (причина-концентрация мгновенно снижается до постоянной величины и остаётся постоянной в течение всего процесса). Для устранения этого недостатка используют каскад последовательно расположенных НРИС.

В КРИСе концентрация реагентов изменяется, от одного НРИСа до другого постепенно уменьшаясь. В среднем концентрация реагентов в каскаде выше, чем в единичном НРИСе.

Метод графического расчёта КРИС заключается в следующем:

1) в координатах –rA, cA строят зависимость –rA=k(cA)n

2) из точки на оси абсцисс, соответствующей начальной концентрации реагента А, проводят под углом  прямую до пересечения с кривой –rA=k(cA)n

3) из точки пересечения прямой с кривой опускают перпендикуляр на ось абсцисс; точка их пересечения указывает концентрацию на выходе из первого реактора

4) повторяя аналогичные построения можно найти концентрацию на выходе из последнего реактора в каскаде. Вывод: этот метод применим при одинаковом реакционном объёме (VP) реакторов.

Аналитический метод расчета КРИС

- этот метод позволяет определить степень превращения для любого НРИСа при любом их числе и различных объемах

Сравнение ПРИС и РИВ

Для этих реакторов время протекания хим. реакции для достижения одной и той же степени превращения вещества одинаково но в РИВе отсутствует загрузка и выгрузка реагентов, поэтому общее время протекания процесса меньше и, следовательно, интенсивность процесса выше.

Сравнение НРИС и РИВ

В РИВе средняя концентрация при хим. реакции выше, чем в НРИСе и поэтому скорость хим. реакции тоже выше, т.к. rA=k•(CA)n

Для необратимой реакции n=1 время хим. реакции определяется по уравнениям:

РИВ τвыт=1 / k•1 / (1-XA)

НРИС τсмеш=1 / k•ХА / (1-XA)

Тепловые реакторы

Последовательность расчета теплового реактора

Расчет модели тепловых реакторов позволяет найти распределение температуры по объему или длине реактора, концентрация вещества в потоке заменяется другим параметор – температурой.

1. Тепловой баланс: Qприход= Qрасход

2. Поверхность теплопередачи или теплообмена

где: K, α – коэффициенты теплопередачи и теплообмена, Q – подводимое или отводимое тепло

tГ и tП – температура газа и тв. фазы, τ – время, Δt – температурный напор арифметический или среднелогарифмический

Выбор модели реактора для осуществления теплового процесса

t1-const, температура обогреваемой среды

t2 – температура нагреваемой среды

Допущение:

- постоянство температуры в поперечном сечении реактора

- отсутствие продольного перемешивания

, где: ω – скорость потока П S – периметр и площадь поперечного сечения РИВ t1 и t2 – температура нагреваемой и обогреваемой среды СР 2 и ρ2 – теплопроводность и плотность нагреваемой среды К – коэффициент теплопередачи

При постоянстве параметров температура вдоль реактора определяется после интегрирования

Тепловая модель реактора идеального смешения

В основе модели лежит предположение о полном смешивании среды, поэтому температура среды будет постоянна по объему реактора. Конечную температуру нагреваемой среды определить из уравнения теплового баланса

G2•CP 2•(t2K - t2H)=K•F•(t1 - t2K)

G2 – количество нагреваемой среды

Диффузионная тепловая модель реактора вытеснения

В основе этой модели лежит модель вытеснения осложненная продольным перемешиванием. Это перемешивание характеризуется коэффициентом продольного перемешивания DL

t1 - const

Математическое описание реактора вытеснения при продольном перемешивании

Решением этого уравнения будет S1•x; S2•x t2 = t1 + C1•e + C2•e, где: C и S – к-ты зависящие от ω, K, П, СР

Графическое представление изменения температуры нагреваемой среды в различных тепловых моделях по их длине