Модели смешения фаз в реакторе полупериодического действия

Аг+Вж=продукты

В таких реакторах газ непрерывно подается в жидкость в течение времени, за которое жидкий реагент В полностью вступает в реакцию.

При этом концентрация вещества А в газовом потоке не изменяетсяв ходе процесса.

Вещество В медленно реагирует с веществом А и его концентрация постепенно снижается.

Вж

Аг

Если при этом протекает реакция второго порядка, представленная уравнением:

После преобразования получим:

Откуда:

Основы расчета реакторов для проведения топохимических процессов, реакторы с псевдоожиженным слоем при наличии уноса и возврата твердых частиц, расчет основных геометрических размеров реакторов для проведения топохимических процессов.

При проектировании реакторов, в которых осуществляются топохимические процессы между газообразной (жидкой) и твердой фазами необходимо учитывать следующие факторы:

1) Гидродинамический режим движения твердой фазы;

2) Тепловой режим реактора;

3) Область протекания топохимического процесса (внешне- и внутридиффузионная область, кинетическая область);

4) Время пребывания частиц в реакторе;

5) Изменение размеров и характеристик твердой фазы.

В реакторах с кипящем слоем, а также с движущейся твердой фазой, возможно изменение частиц твердой фазы во время протекания реакции, из-за механических повреждений.

6) Распределение частиц по размерам. Если не удается достигнуть постоянства размеров твердой фазы, в расчете используют распределение частиц по размерам. Для нахождения функции распределения частиц по размерам используют «ситовой метод». Согласно этому методу всю используемую твердую фазу фракционируют (разделяют) на ситах с заданными размерами ячеек, отдельные фракции взвешивают и относят к общей массе твердой фазы. По полученным данным строят кривую распределения.

Для упрощения расчетов используют различные методы:

- большой избыток газовой (жидкой) фазы, при этом ее степень превращения будет практически ничтожно мала, что приведет к постоянству концентрации этой фазы;

- считают, что реакторы с движущейся твердой фазой и с кипящим слоем близки к идеальным моделям;

- принимают размеры частиц постоянными и неизменяющимися в ходе химических превращений;

- изотермический режим реактора.

Расчет реакторов сводится к определению геометрических размеров реактора (диаметр и высота).

Для расчета используют критериальное уравнение, отвечающее режиму идеального смешения (кипящий слой) из которых находят рабочую скорость.

Для осуществления топохимических процессов используют реактора такой же конструкции как и для гетерогенно-каталитических процессов:

- с неподвижной твердой фазой;

- реактора с кипящим слоем твердой фазы;

- реактора с движущейся твердой фазой (прямоток, противоток).

Наибольшее распространение получили реактора с кипящим слоем и движущейся твердой фазой.

где - порозность кипящего слоя (0,35 – 0,6);

Далее определяют рабочую скорость из уравнения:

, где - рабочая скорость;

После определения рабочей скорости газа, рассчитывают диаметр реактора:

Высоту псевдоожиженного слоя рассчитывают по массе твердого реагента:

, где W – масса твердой фазы;

Для реакторов с прямоточным движением исходных реагентов в режиме вытеснения рабочая скорость равна:

Высота реактора равна:

Для реактора с противоточным движением исходных реагентов расчетные уравнения будут следующими:

Высота рассчитывается по уравнению:

Наиболее трудной задачей при расчете геометрических размеров реактора является нахождение времени реакции.