Математическая модель процесса

с граничными условиями

dC_A/dR=0 при R=0

C_A=C₀ при R=R₀

Пусть протекает реакция первого порядка, тогда уравнение имеет решение:

Наблюдаемую скорость превращения определим как среднеинтегральную скорость превращения в пористом зерне, отнесенную к единице объема зерна:

здесь

thφ=() - )/() + ), φ=R₀ - определяющий параметр (модуль Зельдовича-Тиля)

Степень использования внутренней поверхности η – отношение наблюдаемой скорости превращения, определенной при концентрации

Теория химических реакторов

Химические реакторы.

Изотермические процессы в химических реакторах

Процессы протекающие при постоянной температуре, называются изотермическими процессами. При расчетах ХР, работающих в изотермическом и стационарном режиме, используются балансовые уравнения массы.

Реакторы непрерывного действия (реакторы, работающие в режиме идеального смешения и вытеснения)

РИС

Реактор непрерывного действия работает в режиме идеального смешения, если хим. состав, температура, давление и др параметры, характеризующие свойства реакционной массы, имеют одинаковые значения во всех точках реактора. Уравнение материального баланса для компонента А смеси имеет вид:

(n_A-n_A0)/v_p = W_A

Если объем реакционной смеси не меняется в результате протекающей реакции, то уравнение преобразуется к виду:

(C_A – C_A0)/τ = W_A или C_A0 *(X_A/τ) = -W_A где τ= v_p/V₀ – условное время пребывания смеси в реакторе; С_А – концентрация компонента А в смеси.

РИВ

Реакционная смесь движется в режиме идеального вытеснения, если скорости всех элементов смеси в произвольном сечении реактора равны между собой (поршневой режим), т.е. отсутствует осевое перемешивание, а радиальное перемешивание считается идеальным.

Уравнение материального баланса для модели идеального вытеснения имеет вид:

, при v_p=0, n_A=n_A0

Если объемный расход реакционной смеси V – величина постоянная, тогда уравнение можно преобразовать к след выражению.

, при τ = 0, С_A=С_A0

«исходная модель», в которую входят химические и физические величины и параметры – концентрация, объем реактора, величина потока, коэффициенты переноса и т.д.

«расчетная модель», в которую входят параметры в виде комбинаций первоначальных химических и физических величин. Расчетная модель получена преобразованием исходной модели и используется в программе.

Математические модели процесса в хим реакторе (простая реакция)

Математические модели процесса в хим реакторе (сложная реакция)

ХТС представляет собой совокупность аппаратов, машин и др устройств, связанных между собой трубами, газопроводом, электротранспортом результатом которого является получение продукта. Система – совокупность элементов и связей между ними и функций как единое целое. Элемент в системе изменяет свойства входящих в него потоков. В системе можно выделить совокупность аппаратов – подсистему, например, реакторный узел. Отдельный аппарат или подсистему будем называть «расчетным элементом ХТС» или просто элементом. В элемент входят потоки («входные потоки») и выходят из него («выходные потоки»). Расчетным элементом может быть ХТС в целом.

Смеситель. Входят два потока и выходит один. В элементе происходит простое смешение потоков.

Делитель. Входит один и выходят два. Если происходит только разветвление потока, делитель называют простым, - покомпонентный составы входящих и выходящих потоков не меняются. В таких процессах, как испарение, адсорбция, ректификация, фильтрация, составы входящих и выходящих потоков различаются, и такой элемент называют делителем пропорциональным.

Реактор. Проходит один поток, но его компонентный состав принципиально меняется вследствие протекающих в элементе хим превращений.

Классификация элементов ХТС

Проводится по их назначению

- механические и гидродинамические элементы перемещают и изменяют форму и размер материала, объединяют и разделяют потоки эти операции операции осуществляются дробилками, сепараторами, насосами, фильтрами и т.д.

- теплообменные элементы изменяют температуру и теплосодержание потока, переводят вещества в другое фазовое состояние. Для этих целей служат испарители, конденсаторы, сублиматоры.

- массообменные элементы осуществляют межфазный перенос компонентов, изменение компонентного состава потоков без появления новых веществ. Эти операции проводят в дистиллятах, абсорберах, адсорберах, ректификационных колоннах, кристаллизаторах и т.д.

- реакционные элементы реализуют химические превращения кардинально изменяется состав потоков и материала. Эти процессы проходят в реакторах.

- энергетические элементы осуществляют преобразование энергии и получение энергоносителей. К ним относятся турбины, генераторы, привод для выработки механической энергии и др.