Общая химическая технология (стр. 4 )

3. Каким образом конструктивно оформляется политропиче­ский процесс?

4. Какой температурный режим называется оптимальным?

5. Способы осуществления оптимального температурного ре­жима в промышленных реакторах.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.

РЕАКТОРЫ С НЕИДЕАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ ПОТОКА

6.1 Цель работы

6.1.1 Обработка экспериментальных данных с трассером при изу­чении структуры потока в реальном аппарате.

6.1.2 Моделирование реального реактора с помощью неидеальной модели.

6.1.3 Определение параметра модели на основании опытных дан­ных.

6.2 Краткие теоретические сведения

В реальных аппаратах структура потока носит более сложный ха­рактер, чем в аппаратах с идеальной гидродинамической структурой. Причинами отклонения от идеальности являются такие факторы, как наличие застойных зон, внутренних байпасов и рециклов, молекуляр­ной и турбулентной диффузии, неравномерность поля скоростей и дру­гие факторы.

Экспериментальное определение степени отклонения от идеально­го гидродинамического режима, а также определение параметров мо­дели может быть проведено на базе изучения функций распределения времени пребывания (интегральной и дифференциальной). Вид функ­ции раскрывает определенным образом структуру потоков взаимодей­ствующих веществ, их перемешивание в реакторе. Он зависит от типа реактора и определяется в значительной степени его конструкцией. Для расчета реактора недостаточно знания истинного времени реакции, полученного из ее кинетического уравнения. Для нахождения степени превращения требуется определение распределения времени пребыва­ния реагирующих веществ в реакционном объеме и условий их пере­мешивания в нем.

Экспериментально кривые отклика получают путем введения инертного компонента (индикатора или трассера) на входе в реактор по какому-либо способу и регистрации его концентрации на выходе из ре­актора. Время пребывания индикатора в реакторе такое же, как и час­тиц основного потока. Интегральная функция распределения F() соот­ветствует кривой отклика на ступенчатый сигнал, дифференциальная Е() – на импульсный сигнал.

Связь между средним временем пребывания и дифференциальной функцией распределения имеет вид:

(6.1)

Если экспериментальные данные приводятся в дискретной форме, то для расчетов среднего времени пребывания используют приближен­ную форму уравнения (6.1):

(6.2)

где Ci – экспериментальные значения концентрации индикатора.

Дифференциальная функция распределения может быть рассчита­на также по приближенной формуле:

(6.3)

Средняя концентрация компонента А на выходе из реактора не­прерывного действия с учетом функции распределения имеет вид:

(6.4)

где СА – текущая концентрация компонента А, определяемая из кинети­ческого уравнения реакции;

СА0 – начальная концентрация.

Тогда выход по продукту S определится уравнением:

(6.5)

6.3 Задание

Последовательная реакция проводится в ре­альном реакторе без изменения плотности реакционной смеси. Опыты с трассером при объемной скорости, равной скорости подачи реакцион­ной смеси, приведены на рисунке 6.1.

6.3.1 Используя программу к лабораторной работе № 6 (Приложение А), рассчитать выход по продукту S на основании опытов с трассером. Известно, что для последовательной реакции характеристическое уравнение имеет вид:

(6.6)

6.3.2 Построить модель реактора (записать уравнения материаль­ного баланса). В качестве модели принять реактор идеального смеше­ния с байпасом.

Показать, что для реактора смешения концентрация по продукту S может быть определена из уравнения:

(6.7)

где время пребывания в реакторе идеального смешения.

Рисунок 6.1 – Схема модели

Учитывая долю байпаса находим концентрацию продукта S для модели:

(6.8)

Выход по продукту S определяется по уравнению:

(6.9)

6.3.3 Выполнить расчеты на модели с исходными данными, приведенными ниже, с различными значениями параметра модели в заданном интервале. Сравнить расчетное значение выхода продукта S с полученным для реального аппарата. С каким значением параметра модель лучше всего описывает реальный реактор? Сделать выводы по работе.

Исходные данные:

k1 =0,01 c-1; k2=0,007 c-1 – константы скорости реакции;

= 0; = 0 – начальные концентрации компонентов R и S со­ответственно.

Экспериментальные значения времени пребывания и концентрации трассера приведены в таблице 6.1 по вариантам.

Таблица 6.1 – Варианты заданий

Номер варианта Номер опыта	1	2	3	4	5
·0,1	С	·0,1	С		С		С		С
1	1	15,4	22	63	0	4,6	1	60	1	87
2	3	16,2	24	58	5	4,5	2	62	2	85
3	5	16,0	26	53	10	4,2	3	58	3	81
4	7	14,8	28	43	15	3,8	4	42	4	79
5	9	10,2	30	35	20	2,7	5	32	5	77
6	11	7,9	32	28	25	1,8	6	27	6	73
7	13	6,3	34	22	30	1,1	7	21	7	68
8	15	5,2	36	17	35	0,7	8	18	8	65
9	17	4,3	38	13	40	0,4	9	15	9	61
10	19	3,6	40	10	45	0,2	10	13	10	57
11	21	3,0	42	8	50	0,1	11	11,5	11	51
12	23	2,5	44	6	55	0,0	12	10	12	43
13	25	2,0	46	5			13	8,5	13	32
14	27	1,8	48	4			14	7	14	27
15	29	1,5	50	2			15	6	15	21
16	31	1,2	52	0			16	5	16	17
17	33	0,8					17	4	17	12
18	35	0,6					18	3,5	18	8
19	37	0,4					19	3	19	5
20	39	0,3					20	2,5	20	3
21	41	0,2					21	2	21	1
22	43	0,1					22	1,5	22	0
23	45	0,1					23	1
24	47	0,1					24	0,5
25	49	0,0					25	0,0

Продолжение таблицы 6.1