Лекция МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ
РЕАКТОРОВ
Лекция
Классификация реакторов
1.
В зависимости от фазового состояния:


2.
гомогенные
Гетерогенные
По характеру операции загрузки и выгрузки сырья и
продуктов



3.
периодического
полупериодического
непрерывного действия.
По тепловому режиму:



изотермические (Т-const)
адиабатические–без теплообмена с окружающей средой
политропические– с теплообменом с окружающей средой
Классификация реакторов
4. По режиму движения реакционной среды




идеального смешения,
идеального вытеснения,
с продольным ( радиальным)перемешиванием,
комбинированная структура.
5. По конструктивным признакам:




трубчатые
емкостные
полочные
комбинированные
МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ
РЕАКТОРОВ
 Математическая модель реактора – это система
уравнений, характеризующих изменение
концентрации и температуры компонентов в
реакторе во времени, которое обусловлено
движением потоков и химической реакцией
Математическая модель реактора
идеального смешения (РИС)
 Уравнение такой модели характеризует изменения
концентрации в реакционной среде во времени, которое
обусловлено движением потока (гидродинамический
фактор) и химическим превращением (кинетический
фактор).
РИС
 В общем виде математическая модель РИС будет иметь вид:
W – скорость химической реакции;
СВХ, СВЫХ – концентрации веществ;
 -время контакта;
A
К
B


dC

1
A   C  C    kC ;
 A
A
A
dt
0




dC

1
B   C  C   kC ;
 B
B
A
dt
0


 Начальные условия при t=0
В стационарном режиме работы:
dС A
 0;
dt
- динамический режим
С A (0)  C A0 ;
C B (0)  С Во ;
dC B
0
dt
РИС
 При решении данных уравнений можно найти
следующие основные параметры:
1.
Время контакта, характеризующее объем
аппарата;
1
(C A0  C A )  kCA  0

C A0  C A   k C A
 
C A0  C A
k CA
;
РИС
2.
Степень превращения и селективность процесса;
РИС
3.
Изменение концентраций реагирующих веществ
как функцию от ;
Математическая модель реактора
идеального вытеснения (РИВ)
 Данная модель строится на основе типовой
гидродинамической модели идеального
вытеснения, а также учитывает изменение
концентрации вещества за счет химической
реакции.
С
C
 u
W;
t

гидродинамический фактор
кинетический фактор
РИВ
ССтационарный
C A режим
A
 0;
u
  KC A ;
t

dC A
  KC A ;
d

;
u
- модель реактора в стационарном режиме
РИВ
1
 
K
CA

C A0
dC A
;
CA
C
1
n A ;
C A0
K
C A0
1
n
 
CA
K
C A  C A0 e  K ;
C A  C A0 (1  x A );
C A0
1
;
n
 
C A0 (1  x A )
K
 
1
1
  n
;
K 1 xA
Математическая модель каскада
реакторов идеального смешения
 Часто на практике невозможно достичь нужной
степени превращения в единичном реакторе. В
таких случаях используют цепочку
последовательно соединенных реакторов
идеального смешения, т.е. каскад реакторов.
Математическая модель каскада
реактров
 Изменение концентрации цепочки реакторов от до СA
покажем графически:
Математическая модель каскада
РИС
 Каждый реактор каскада представляет собой одну
степень изменения концентрации. Если соединить
вершины ступеней, то получим кривую, которая
стремится к экспоненте, т.е. кривой,
характеризующей изменение концентрации в
реакторе идеального вытеснения. Чем меньше
аппаратов в цепочке, тем ближе каскад реакторов
к режиму идеального вытеснения.
Модель реактора с учетом
продольного перемешивания
 Математическая модель строится на основе типовой
гидродинамической однопараметрической
диффузионной модели и учитывает химическое
превращение.
 DL – коэффициент диффузии с учетом продольного
перемешивания.
Модель реактора с учетом
продольного перемешивания
 Рассмотрим на примере
Конец лекции