- •Часть 1
- •Тема 1. Основные и технологические понятия и определения.
- •§ 1. Классификация моделей хтс.
- •1) Функциональная (принципиальная)
- •1) Основные операторы:
- •Вспомогательные операторы:
- •§ 2. Типы технологических связей хтп.
- •1) Последовательная; 2) Параллельная; 3) Обводная (байпас); 4) Рециркуляционная;
- •§ 3 Классификация химических реакций применяемых в промышленности.
- •1) Гомо и гетерофазные процессы.
- •2) Гомо и гетерогенные процессы.
- •3) Простые и сложные реакции.
- •4) Элементарные и неэлементарные реакции.
- •§ 4 Безразмерные характеристики материального баланса.
- •§ 5 Материальный баланс и его характеристики (простые реакции).
- •§ 6 Тепловой баланс и хтп и его характеристика.
- •Тема 2. Прикладная термодинамика химических процессов.
- •§ 1. Расчет тепловых эффектов химических реакций.
- •§ 2. Термодинамическая вероятность протекания химических реакций.
- •§ 3. Расчет равновесия обратимых химических реакций.
- •Закон действующих масс.
- •§ 4. Экспериментальное определение равновесного состава реакционной массы и константы равновесия.
- •§ 6. Законы смешения равновесия.
- •I) Давление.
- •II) Концентрация веществ.
- •III) Температура.
- •Тема 3: Кинетика гомогенных химических процессов.
- •§ 1 Скорость химических процессов.
- •Зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных веществ. Основной закон кинетики.
- •1) Метод.
- •2) Метод
- •Зависимость скорости химической реакции от температуры. Общее кинетическое уравнение.
- •§2 Исследование кинетики гомогенных химических реакций.
- •Исследование гомогенных химических реакций в реакторах периодического действия емкостного типа.
- •Интегральный метод анализа кинетической зависимости.
- •Тема 4: Особенности кинетики гетерогенных каталитических процессов (гкп).
- •§1 Основные стадии гкп. Общее уравнение кинетики.
- •1) Внешнедиффузионная.
- •2) Внутренняя диффузия.
- •4) Химическое превращение.
- •§2 Внешнедиффузионная и внутредиффузионная области, лимитирующие в гетерогенном каталитическом процессе.
- •§3 Адсорбция на поверхности катализатора.
- •Основные положения теории:
- •§5. Кинетика реакции на поверхности катализаторов (кинетическая область, как лимитирующая гкп).
- •§6 Исследование кинетики гкп.
- •§7 Определение лимитирующей стадии гкп.
- •Часть 2 Основы расчета химических реакторов. Классификация химических реакторов.
- •Тема 1. Расчет изотермических реакторов для проведения гомогенных реакций..
- •§ 1. Реактор рис-п.
- •§ 2. Реактор идеального смешения рис-н.
- •§ 3. Реактор идеального вытеснения рис-в.
§ 2. Реактор идеального смешения рис-н.
РИС-Н – это аппарат снабженный мешалкой и рубашкой для теплообмена. В реактор непрерывно подают реагенты и непрерывно выводят из него продукты реакции. Гидродинамический режим РИС-Н при постоянной температуре характеризуется тем, что в начальный момент времени (пуск) в результате интенсивного смешения поступающих реагентов с реакционной массой, уже находящаяся в реакторе, наблюдается изменение Ci и Xi. Через некоторый промежуток времени во всем объеме реактора устанавливается одинаковая концентрация Сi и xi.
Таким образом, для РИС-Н характерным является отсутствие градиентов параметров, как во времени, так и в объеме реактора, поэтому уравнение материального баланса составляются для реактора в целом. При этом, градиенты в дифференциальной форме заменяются разностью значений параметров на входе в реактор и на выходе из него. С учетом этих особенностей, для установившегося режима уравнение материального баланса в общем случае: можно записать в виде: .
Yi,0 – мольный расход; Yv – объемный расход;
, т.о. среднее или условное время пребывания для достижения температуры можно записать следующим образом:
Реакторы РИС-Н используются для производства целевых продуктов в крупномасштабных производствах.
§ 3. Реактор идеального вытеснения рис-в.
Реактор идеального вытеснения представляет собой трубчатый аппарат, в котором отношение длины трубы l к ее диаметру d достаточно велико. l/d >20. В РИВ для поддержания заданной температуры реакционной массы, как правило снабжаются рубашкой теплообмена. В РИВ любая частиц потока подается непрерывно и движется только в одном направлении по длине реактора и выводятся тоже непрерывно обратное (продольное) перемещение. Отсутствует также перемешивание по сечению реактора.
Следствием этого режима движения реакционной массы является то, что время пребывания каждой частицы в реакторе одно и тоже.
Для математического описания РИВ для постоянной температуры исходят из дифференциального уравнения материального баланса, преобразуя его на указанных ниже особенностей этого реактора. Так как в РИВ реакционная масса движется только в одном направлении по длине реактора, и в РИВ каждый элемент объема реакционной массы не смешивается ни с предыдущим ни с последующим объемами, а также отсутствует рациональное перемешивания, то уравнение материального баланса для РИВ принимает вид: , это уравнение отражает нестационарный режим работы РИВ. Подобный режим характерен для периодов пуска и остановки реактора. Стационарный режим характерен тем, что параметры в каждой точке реакционного объема не меняются во времени: . , тогда , получим, что
Когда объем реакционной массы не меняется входе реакции, то последнее уравнение упрощается.
Для расчета условного (среднего) времени пребывания в РИВ, в котором протекает реакция, порядок которых не равен 1 и 0, пользуются графическим методом.
Время химической реакции τ = ni,0S, в это же время реакционный объем:
В промышленности РИВ наиболее удобен для проведения газофазных или жидкофазных процессов большой производительности.