Реактор идеального вытеснения

РИВ – это реактор непрерывного действия, в котором осущ-ся ламинарный гидродинамический режим. Или обычно служат трубчатые реакторы или колонны, длина и высота которых значительно превышает диаметр. Реактор может иметь горизонтальную, вертикальную или наклонную форму, а также форму змеевика.

Достоинство аппарата ИВ – это отсутствие возможности непосредственного попадания исходных реагентов, выводимую реакционную смесь. Недостатком же яв-ся трудность достижения хорошего перемешивания в каждой из последовательно зон аппарата. Для преодоления этого недостатка стремятся проводить процесс при высоком скорости, что способствует турбулизации потока.

Также возможно снабжения реакторов различными устройствами или насадками, которые способствуют к перемешиванию в сечении без нарушения общего принципа вытеснения.

В РИВ температура по длине реактора изменяется, что приводит к изменению константы скорости р-ии, поэтому при расчете РИВ температура и константа считают постоянными.

Внешний поток реагентов движется в одном заданном направлении, не перемешиваясь и вытесняя подобно поршню, находящиеся впереди частицы потока.

С_А=С_А0(1-Х_А)

Время пребывания частиц в реакторе постоянна

τ= =const; =ч

все характеристики это концентрация, температура, степень превращения в-ва изменяются плавно по объему реактора; параметры процесса непостоянны во времени и по высоте трубы.

1)изменение конц-ции реагентов

2)изменение скорости р-ии

3)изменение степени превращения

В РИВ движущая сила процесса и скорость р-ии изменяются по длине реактора. Причем отклонение средней движущей силы от постоянного значения яв-ся максимальными. Пусть протекает простая необратимая р-ия в реакторе без изменения объема:

G_прих.=G_расх. – уравнение мат.баланса

G_расх.=G_{непрореаг.ч.}+G_{прореаг.ч.}

G_прих=С_А∙ν= С_А0(1-Х_А)∙ν, где ν – объемный расход.

G_расх.= С_А0[1-(Х_А+dX_A)] ν

G_х.р.=W_A∙dV

С_А0(1-Х_А)∙ν= С_А0[1-(Х_А+dX_A)] ν+ W_A∙dV

С_А0∙ν- С_А0∙ Х_А∙ν= С_А0∙ν- С_А0∙ Х_А∙ν- С_А0∙ dX_A∙ν+ W_A∙dV

С_А0∙ dX_A= - уравнение мат.баланса элементарного объема реактора РИВ.

Уравнение мат.баланса для всего реактора получаем после разделения переменных и интегрирования:

∫ = ∫ С_А0∙ → τ= = С_А0∫ - где Х_А – степень превращения на входе в элементарный объем

Данное уравнение позволяет определить время пребывания реагента для достижения заданной степени превращения, а затем и размеров реактора.

Для р-ии n-го порядка:

W_A=k∙ =k∙ (1- Х_А) → τ= = С_А0∫ = С_А0∫ = ∫ → = = ∫

Применение реакторов идеального вытеснения наиболее удобно для жидкофазных и газофазных р-ий с применением твердого кат-ра.