Изотермический процесс в химическом реакторе. Режим идеального смешения в проточном реакторе. Сложные реакции

Здесь рассмотрим только описание процесса и решение уравнение модели для частных реакции первого порядка. Параллельная схема превращения:

А 1 R

2 S

Модель:

(cA – c0)/ τ = -(k1+k2)cA

cR / τ = k1cA

cS / τ = k2cA

Решение:

cA = c0 / [1+(k1+k2)τ]

cR = k1τc0/ [1+(k1+k2)τ]

cS = k2τc0/ [1+(k1+k2)τ]

Последовательная схема превращения: A 1 R 2 S

Модель:

(cA – c0)/ τ =-k1cA

cR / τ = k1cA- k2 cR

cS / τ = k2 cR

Решение:

cA = c0 /(1+k1τ)

cR = k1τc0/ [(1+k1τ)(1+k2τ)]

cS = k1k2τ2c0/ [(1+k1τ)(1+k2τ)]

Качественный характер зависимостей c(τ), влияние на них температуры, а также изменение селективности c(τ) [S_R (τ)] будут такими же, как и в режимах идеального вытеснения.

65. Изометрический процесс в химическом реакторе. Режим идеального смешения в проточном реакторе. Простая необратимая реакция A=R.

Математическая модель процесса: (1)

Скорость превращения для реакции первого порядка: W(C) = -kC; отсюда (1) принимает вид: (2)

Или, переходя к степеням превращения

(3)

Решением (2) и (3) является и (4)

Зависимость С( показана на рисунке:

𝜏₁ 𝜏₂ 𝜏

Аналитическое решение уравнения (2) относительно С для реакции не первого порядка(кроме n=0,5 и n=2) ограничено.

Удобнее определять необходимое время реакции для достижения заданной концентрации С из (1): .

Интерпретация полученного решения

Для каждого конкретного проточного реактора UC-H условное время - фиксированная величина. (

Зависимость С(𝜏), показанная на рисунке есть геометрическое место точек, соответствующих достижению заданных С при 𝜏 характерных для различных реакторов. То есть кривая есть графическое отображение функции (4), и зависимость С(𝜏) есть набор режимов различных реакторов, но не изменение концентрации в одном из них, как это имеет место в реакторах UB и UC-n.

Концентрация вещества в режиме UC-H одинакова во всех точках реактора и равна С, на входе - С_0. Это означает, что на входе происходит скачок концентрации от С₀ до С. Т.о. распределение концентраций в координатах «С-𝜏» является ступенчатой линией «Высота ступени», равная (С₀ - С), для каждого реактора индивидуальна.

На рисунке такие зависимости даны при различных значениях 𝜏, то есть или для реакторов разного объема , или для одного реактора, работающего при разных нагрузках V₀ на него.

66. Изотермический процесс в химическом реакторе. Режим идеального смещения в проточном реакторе. Простая обратимая реакция А↔R.

(C-C0)/τ = W(C)

Математическая модель процесса:

(1)

X/τ = k1(1-X)−k2X

Модель процесса (1), в которой концентрация компонентов выражена через степень превращения X(C_A=C₀(1-X) и С_R= C₀X) имеет вид:

, или (2)

X= k1τ/(1+(k1+ k2) τ)

(3)

Х= k1/(k1+ k2)

Предельное значение Х при τ→∞:

, (4)

Что соответствует равновесной степени превращения.

Зависимость Х(τ) имеет вид:

рассматриваемая реакция имеет первый порядок в прямом и обратном направлениях, поэтому начальная концентрация С₀ не влияет на степень превращения.