Гидродинамические модели реакторов. Вывод характеристических уравнений.
Ранее мы рассмотрели основные модели химических процессов и их математическое описание. Усложним модель химико-технологического процесса за счет учета гидродинамических процессов, то есть способов направленного движения потоков реакционной смеси в реакторе.
Любой реактор, используемый в химическом производстве. В большем или меньшем приближении можно описать одной из следующих моделей:
- реактор идеального смешения периодического действия РИС-П;
- реактор идеального смешения непрерывного действия РИС-Н;
- реактор идеального вытеснения непрерывного действия РИВ-Н;
- каскад реакторов идеального смешения непрерывного действия К-РИВ-Н (ячеечная модель).
Для каждой модели выведено характеристическое уравнение, которое выражает зависимость времени пребывания реагентов в реакторе о, начальной концентрации реагента, величины конверсии и скорости химической реакции.
τ = f (CA0, αA, rA)
Это уравнение является математическим описанием модели реактора. Оно дает возможность, задав СА0 (состав исходной смеси) и rA (тип химической реакции, температуру, давление, катализатор и т.п.) рассчитать время пребывания реагентов в реакторе, необходимое для достижения заданной конверсии (αA), а значит, и объем реактора, его габаритные размеры и производительность. Сравнивая полученные значения для реакторов разного типа, можно выбрать самый оптимальный вариант для проведения данной химической реакции.
|
|
Основанием для вывода характеристического уравнения является материальный баланс реактора, составленный по одному их компонентов реакционной смеси.