Реакторы с неидеальной структурой потока

Лекция

Сравнение реактора химические реакторы должны обеспечивать:

1) Высокую степень превращения Х и интенсивность процесса

2) Высокую селективность в процессах параллельных реакциях

3) Высокий выход продукта

Проанализируем влияние конструкций реактора на перечисленные параметры

РИС-П РИС-Н

РИВ

РИС-R X

U U U

В реакторах РИС, РИВ средняя движущая сила и скорость процесса больше чем в РИС-Н, поэтому они обеспечивают большую интенсивность. К-РИС занимает промежуточное положение между РИВ и РИС-Н с другой стороны, РИВ выгоднее чем РИС-П так как РИС-П работает периодически, а значит простаивает на вспомогательных операциях, в целом выполняется зависимость

При проведении реакции нулевого порядка когда скорость не зависит от концентрации реагента все реакторы эквивалентны, надо помнить, что проще всего в обслуживании РИВ так как не имеют перемешивающих устройств реактор смешения следует применять при работе с вязкими средами, либо для гетерогенных процессах требующих перемешивания фаз.

Максимальный выход продукта и селективность обеспечивает РИС-Н

Селективность не зависит от конструкции. Рекомендуется брать наибольшую и скорость реакции

В реальных реакторах гидродинамическая обстановка по ряду причин отличается от идеальных моделей на пример в реакторах смешения существуют: а) байпасные потоки приводящие к тому, что часть сырья выходит из реактора не вступив в химическое взаимодействие. Б) имеются застойные зоны в которых часть сырья или продукта задерживается на длительное время и сокращает рабочий объем реактора. В) возникают зоны циркуляций в которых часть потока находится дольше чем показывает теоретический расчет.

Влияние застойных зон и зон циркуляций тем больше чем, выше вязкость обрабатываемой среды. В результате время смешения в реакторе не равно нулю, а значительно больше на пример для расплава полимера время гомогенизации с эффективностью 0.87-0.98 составляет 15-30 минут

РИС-Н

1) Концентрация сырья в начале и конце реактора разная поэтому существует молекулярная диффузия переносящая поток от начала реактора к концу.

2) Разные слои потоков движутся вдоль реактора с разной скоростью максимальной в центре и минимальной у стенки, что связано с проявлением вязких свойств среды, это значит, что частицы находящиеся в центре потока пребывают в реакторе меньше чем те, которые у стенки при турбулентном движении среды в аппарате разброс пребывания меньше чем в ламинарном режиме, это явление получило название Тейлоровской диффузии. Связанно с наличием в потоке скоростей отдельных частиц направленных в разные стороны по потоку, против, стеках, под стенкой, это приводит к дополнительному смешению соседних объемов. В результате перечисленных причин честь реагентов находится в аппарате дольше, а часть меньше чем в по теоретической модели. Отклонение реальных реакторов от идеальных моделей приводит к тому, что время реакции рассчитанное по этим моделям не соответствует действительности, в расчет необходимо вводить поправку определяемую экспериментально, либо разрабатывать модели описывающие реальные реакторы.