Каскад реакторов идеального смешения. Графоаналитический метод расчета - Направление совершенствования химических производств
Единичный реактор идеального смешения не дает высокой степени превращения, так как концентрация исходных реагентов в нем мгновенно падает до конечного значения. Поэтому применяют ряд последовательно расположенных непрерывных реакторов смешения - каскад реакторов - К-РИС (рис. 2.15). Концентрация СА в такой системе падает до конечного значения не сразу, а постепенно от реактора к реактору (рис. 2.16). В каждом реакторе концентрация компонента в объеме постоянна и равна концентрации на выходе из реактора. Изменение концентрации в реакторах происходит мгновенно скачком при входе реакционной смеси в реактор.
Рис 2.15. Каскад реакторов идеального смешения.
Рабочая концентрация СА в каскаде реакторов в общем выше чем в единичном реакторе смешения и приближается с увеличением числа реакторов к значению ее в реакторе вытеснения. Чем больше ступеней изменения концентрации в каскаде m (чем больше реакторов), тем больше каскад реакторов приближается к реактору идеального вытеснения (рис. 2.16). Задача расчета каскада реакторов заключается в определении числа ступеней (числа реакторов) - m, , необходимые для достижения заданной степени превращения X.
Существуют аналитический и графический методы расчета каскада реакторов. Аналитический метод выгодно применять при протекании реакции первого порядка, а для реакций более высоких порядков удобнее второй - графический метод.
Рис. 2.16. Изменение концентрации реагента А в каскаде реакторов идеального смешения.
Для расчета каскада реакторов необходимо иметь сведениях о кинетике процесса [ - rA =f(CA)], знать концентрации исходного реагента А на входе в первый реактор САо, и на выводе из последнего реактора САm (то есть общую степень превращения Ха), а также задаться объемом единичного реактору (то есть временем пребывания в единичном реакторе смешения ), при этом предполагает, что объемы единичных реакторов в каскаде равны.
Для единичного m - го реактора идеального смешения, исходя из уравнения (2.52), имеет
(2.70)
Где САm-1,CАm - концентрации компонента А на входе в m-й реактор и на выходе из него.
Из уравнения (2.70) можно найти скорость процесса в реакторе. Для этого представим его в таком виде:
(2.71)
Концентрация реагента на входе в реактор САm-1 и время пребывания величины известные и постоянные, так как даются по условию. Таким образом, из уравнения (2.71) следует, что скорость реакции (rA) линейно зависит только от концентрации на выходе САm. Если эту зависимость выразить графически, то прямая, описываемая уравнением (2.71), пересекает ось абсцисс в точке САm-1 и имеет тангенс угла наклона, равный (рис. 2.18). Для нахождения концентрации в m-ом реакторе необходимо уравнение (2.71) решить совместно с кинетическим уравнением (2.11), то есть: (2.72)
Поэтому для нахождения концентрации реагента на выходе из первого реактора СА1 необходимо из точки САo, лежащей на оси абсцисс, провести пряную с тангенсом наклона до пересечения с кривой - rA =f(CA) в точке М.
Рис. 2.17. Графический способ расчеса каскада реакторов.
Если опустить перпендикуляр из точка пересечения пряной я кривой, то на оси абсцисс (точка К на рис. 2.17) можно получать значение концентрации СА1. в первом реакторе. Эта же концентрация является входной для второго реактора. Для нахождения концентрации во втором реакторе СА2 операция повторяется из точки СА1 . Такие операции продолжают повторять до тех пор, пока в последней реакторе не будет достигнута заданная конечная концентрация САк. Так как время пребывания во всех реакторах одинаково, то постоянен угол наклона прямых и, следовательно, они параллельны.
Число ступеней изменения концентрации и будет числом реакторов в каскаде, необходимый для достижения заданной степени превращения Х.
Как было показано ранее, с увеличением числа реакторов в каскаде характер изменения параметров в нем приближается к реактору идеального вытеснения. Поэтому при увеличении числа реакторов в системе будут сильнее проявляться все свойства, присущие реактору идеального вытеснения, и наоборот.
В качестве примера на рис. 2.18 приведена зависимость степени превращения от величины К (где К - константа скорости реакции) для реакции первого порядка в каскаде с различный числом реакторов m ; произведение К характеризует общий объем системы.
Рис. 2.18. Зависимость хА, от К для каскада реакторов с различным т :1 - одиночный РИС-Н (т= I); 2 - каскад РИС-Н (т= 2); 3 - то же (т.=3); 4 - то же (m) и РИВ
Из рис. 2.18 видно, что при одинаковой объеме каскада (К) степень превращения Х повышается с увеличением числа реакторов в каскаде, приближаясь к степени превращения, получаемой в реакторе идеального вытеснения (при ). Если же сравнить каскады, где получена одна и та же степень превращения ха, то общий объем системы будет меньше там, где взято большее число реакторов [] (рис. 2.18).
Меняя число реакторов в каскаде, можно влиять не только на степень превращения Х, но и на селективность процесса и выход целевого продукта (для сложной реакции). При этом необходимо учитывать, что с уменьшением числа реакторов каскад будет давать эффект, близкий к эффекту в реакторе смешения, а с увеличением числа ступеней в системе характер связи между степенью превращения, селективностью и выходом целевого продукта становится таким, как и в реакторе вытеснения.
Похожие статьи
-
Реакторы периодические характеризуются одновременной загрузкой реагентов. При том процесс складывается из трех стадий: загрузка сырья, его обработка...
-
N - начальное количество исходного вещества А в реакционной смеси (при загрузке в реактор); С - начальная концентрация вещества А в реакционной смеси; Х...
-
Химический реактор скорость технологический Наиболее употребимы следующие признаки классификации химических реакторов и режимов их работы: 1) режим...
-
Понятие о химико-технологическом процессе - Направление совершенствования химических производств
Классификация химических процессов и реакций. Основные понятия и определения (селективность, степень превращения сырья, скорость реакции, выход...
-
Большинство химических реакций, используемых в ХТП (химико-технологических процессах), протекает с участием веществ, находящихся в разных фазах....
-
Скорость технологического процесса по целевому продукту есть результирующая скоростей прямой, обратной и побочных реакций, а также турбулентной и...
-
Хим. процесы делятся на обратимые и необратимые. Необратимые протекают лишь в одном направлении. Обратимые могут протекать в обоих направлениях. В...
-
Характеристики продуктов гидрокрекинга в очень сильной степени определяются свойствами катализатора -- его гидрирующей и кислотной активностью....
-
Ассортимент современных катализаторов гидрокрекинга достаточно обширен, что объясняется разнообразием назначений процесса. Обычно они состоят из...
-
Главной целью тех пр-сса явл. повышение производительности труда с одновременным улучшением качества продукции и сниж ее себестоимости, т. е. -поиск нов...
-
Контактное окисление SO2 в SO3 - Производство серной кислоты
Контактное окисление диоксида серы является типичным примером гетерогенного окислительного экзотермического катализа. Это один из наиболее изученных...
-
Функциональная схема системы автоматизации приведена на рис. Э1. В дополнение к существующим подсистемам включены следующие: АСК концентрации входящей...
-
ЦЕЛЬ. Найти скорости и ускорения центров масс и угловые скорости, и угловые ускорения звеньев механизма. Определение скоростей методом построения планов...
-
Воспользуемся рассчитанными данными из таблицы 3. Рассчитаем теперь lgKp для рабочей температуры (Траб=15000К) Процесс (рафинировочная плавка меди), при...
-
Технологический расчет Цель расчета: определить основные размеры насадочного абсорбера для поглощения аммиака водой Исходные данные: 1)...
-
Защита и сигнализация, Расчет надежности системы - Производство бумаги
В процессе работы сортирирующего гидроразбивателя в котором проиходит сортировка макулатурной массы. Так как по технологическим требованиям процесс...
-
Назначение цеха Цех предназначен для производства стирола методом дегидрирования этилбензола. Характеристика цеха: Год ввода в эксплуатацию - IV квартал...
-
Передаточную функцию системы по задающему воздействию - главную передаточную функцию получаем следующим образом: Передаточная функция системы по...
-
Выделим в столбе воздуха вертикальной высоты Н элемент dz, ограниченный сечениями 1-1 и 2-2, так чтобы в пределах выделенного элемента объемный вес...
-
После разработки плана прядения известна линейная плотность полу фабрикатов и вся система переходов прядения. Далее определяют количество полуфабрикатов...
-
Химическая схема процесса, Сжигание серы. - Производство серной кислоты
Сжигание серы. При получении обжигового газа путем сжигания серы отпадает необходимость очистки от примесей. Стадия подготовки будет включать лишь осушку...
-
Размерные цепи и их уравнения Составим уравнения операционных размерных цепей в виде уравнений номиналов. В общем виде это выглядит: [A] = IAI, (3.1) Где...
-
Рассмотрим конкретные задачи, которые роботы решают в настоящее время на промышленных предприятиях. Их можно разделить на три основных категории :...
-
При кислородно-конвертерном процессе концентрация окислов железа в шлаке зависит, прежде всею, от содержания углерода в металле и основности шлака, а...
-
Считаем, что все количество SiO2,P2O5 и Fе2О3 в шлаке связано следующими реакциями: SiO2+2СaО=(CaO)2SiO2+137432 ; P2O5+4CaO=(CaO)4P2O5+691350 ;...
-
Физическое тепло жидкого чугуна Физическое тепло жидкого чугуна можно определить по формуле , Где GЧуг - количество жидкого чугуна в металлической шихте,...
-
Содержание элементов в готовой стали определено по формуле: , Где [%Э]Гот. ст. - содержание данного элемента в готовой стали после раскисления в ковше,...
-
Как было отмечено, процесс окисления протекает многостадийно, поэтому некоторыми авторами [4, 7-11] кислотное число принимается за основной показатель,...
-
Введение - Взвешенная плавка никелевого концентрата
При химических реакциях изменяется состояние электронов в атомах и молекулах реагирующих веществ, разрываются старые химические связи и возникают новые,...
-
Расчет технологический - Проектирование насадочного абсорбера
Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя. Относительная массовая концентрация Аммиака в воздухе начальная. Относительная массовая...
-
Легирующие элементы в стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения железа. Все элементы, за исключением углерода, азота, водорода, и отчасти бора, образуют с...
-
Если сталь со структурой аустенита, полученной в результате нагрева до температуры выше (для доэвтектической стали) или выше (для заэвтектоидной стали),...
-
Материальный баланс Концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразим в массовых долях по формуле: , Где xA - массовая доля...
-
Диаметр ректификационной колонны определим из уравнений расхода Отсюда диаметры верхней и нижней части колонны равны: Рационально принять стандартный...
-
Абсорбция триоксида серы. - Производство серной кислоты
Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным способом является абсорбция триоксида серы из газовой смеси и превращение его в серную...
-
Определение числа перекачивающих станций - Технологический расчет нефтепровода
На основании уравнения баланса напоров: Тогда необходимое число перекачивающих станций для условий обеспечения расчетной производительности нефтепровода...
-
Анализ известных технических конструкций - Расчет и проектирование бытового электровентилятора
Развитие различных отраслей промышленности, расширение объемов строительства, создание благоприятных условий для высокопроизводительного труда во многом...
-
В данной курсовой работе будут рассмотрены технологические процессы производства изделий из поливинилхлорида. Поливинилхлорид -- один из наиболее...
-
Физические основы процесса - Технологический расчет теплообменника
Пиролиз - термическое разложение органических и многих неорганических соединений. Основная цель процесс - получение углеводородного газа с высоким...
-
Векторная схема и вывод векторного уравнения задачи прицеливания Векторная схема задачи прицеливания при стрельбе из авиационного артиллерийского оружия...
Каскад реакторов идеального смешения. Графоаналитический метод расчета - Направление совершенствования химических производств