49.Конвекционный и диффузионный перенос массы в химическом реакторе.

Конвективный перенос, или перенос импульса, вызван движением потока со скоростью u в результате какого-либо внешнего воздейст­вия. При макроскопическом движении жидкости каждый данный ее участок передвигается как целое с неизменным составом, и в результате осуществляется чисто механическое перемешивание: хотя состав каждого передвигающегося участка жидкости может ос­таваться неизменным (если нет химической реакции), в каждой неподвижной точке пространства (неподвижном элементарном объеме) концентрация жидкости будет со временем меняться. Охарактеризовать конвекционный перенос можно изменением импульса единицы объема жидкости СJ u

Диффузионный перенос вызван наличием неравномерного распределения вещества J в пространстве. Вследствие выравнивания концентрации путем молекулярного переноса веществ реакционной смеси из одного участка жидкости в другой так же происходит изменение состава внутри элементарного объема. Охарактеризовать диффузион­ный перенос можно в соответствии с законами Фика изменением диффузионного потока вещества J, равного DgradСJ (D- коэффици­ент диффузии).

50.Мат.Баланс рис-п, рис-н, рив в стационарном режиме

Периодический реактор идеального смещения. В периодический реактор все реагенты вводят до начала реакции, а все продукты выводят из него только после окончания процесса, в ходе реакционного цикла никаких веществ в реактор не вводят и из него не выводят, так что общая масса реакционной смеси в реакторе остается постоянной, а изменяется лишь ее состав. При составлении мат.описания принимают, что реакционная смесь однородна по объему аппарата и ее состав зависит только от времени пребывания в периодическом реакторе.

Мат.баланс РИС-П в стационарном режиме

Реактор идеального вытеснения представляет собой длинный канал, через который реакционная смесь движется в поршневом режиме.

Мат.баланс РИВ в стац.режиме:

51.Сравнение эффективности реакторов периодического и непрерывного действия. Преимущества (непрерывного процесса) Н.п. по сравнению с (периодическим) П. п.: возможность повышения производительности единицы объема аппаратуры в результате исключения вспомогат. стадий (загрузка исходных материалов и выгрузка готовых продуктов); устойчивость режимов проведения; более полное использование подводимой или отводимой теплоты при отсутствии перерывов в работе аппаратов; возможность рекуперации теплоты (напр., отходящих газов); более высокое качество продукции; большая компактность оборудования и соотв. меньшие капитальные и эксплуатац. расходы (на обслуживание, ремонт и т.д.); возможность более полной механизации и значительно более легкая автоматизация управления. Однако в ряде случаев П. п. более целесообразны. Так, для четкого разделения многокомпонентной системы достаточно одной периодически действующей ректификац. колонны (см. Ректификация ), а для того же разделения непрерывным методом потребуется (п — 1) колонн, где n-число компонентов в смеси; др. пример - возможность достижения иногда (при коксовании и т.п.) более высокого качества продукции.

52. Сравнение эффективности РИВ и РИС-Н Непрерывный (проточный) реактор идеального смешения (РИС-Н). Если необходимо обеспечить получение большого количества продук­та одинакового качества, химический процесс предпочитают проводить в непрерывно действующих реакторах с установившимся режимом. Распространенным видом таких проточных аппаратов являются реакторы смешения. Проточный реактор смешения может работать как в нестационарном режиме (пуск, выход на режим, остановка), так и в стационарном, установившемся режиме. В реакторе непрерывного действия (проточном) все отдельные стадии процесса химического превращения вещества осуществляются параллельно, одновременно и, следовательно, непроизводительные затраты времени на операции загрузки и выгрузки отсутствуют. Поэтому на современных крупнотоннажных химических производствах, где требуется высокая производительность реакционного оборудования, большинство химических реакций осу­ществляют в непрерывно действующих реакторах. Время пребывания отдельных частиц потока в непрерывно действующем реакторе, в общем случае, — случайная величина. Так как от времени, в течение которого происходит реакция, зависит глубина химического превращения, то она будет разной для частиц с разным временем пребывания в реакторе. Средняя глубина превращения оп­ределяется видом функции распределения времени пребывания от­дельных частиц, зависящим, в свою очередь, от характера перемешива­ния, структуры потоков в аппарате для каждого гидродинамическо­го типа реактора индивидуальным. Реактор идеального вытеснения

РИВ представляет собой длинный канал через который реак.смесь движется в поршневом режиме. Каждый элемент потока, условно выделенный двумя плоскостями, перпендикулярными оси канала,движется через него как твердый поршень, вытесняя предыдущие элементы потока и не перемешываясь ни с предыдущими, ни со следующими за ним элементами.

Идеальное вытеснение возможно при выполнении след.допущений:1) движущийся поток имеет плоский профиль линейных скоростей 2) отсутствует обусловленное любыми причинами перемешивание в направлении оси потока. 3) в каждом отдельно взятом сечении перпендикулярным оси потока,параметры процесса (концентрации, температуры и т.д.) полностью выравнены.

Максимально приблизиться к идеал.вытеснению можно лишь в развитом турбулентном режиме и если при этом длина канала существенно превышает его поперечный размер В соответствии со вторым и третьим допущениями диффузионный перенос в реакторе идеального вытеснения отсутствует. Следовательно ур-ие для РИВ в нестационарном режиме работы примет вид:

При стационарном режиме ур-ие будет еще более простым: