Реактор смешения периодического действия. Используя уравнение мате-
риального баланса, можно получить общее характеристическое уравнение реакто
ра идеального смешения периодического действия
CA - (CA + dCA) - rAdτ = 0
где СА - концентрация ключевого реагента; rА - скорость химической реакции по этому компоненту.
Из этого уравнения легко получить
dτ = - (dCA/rA)
Интегрируя это уравнение в пределах от 0 до τ и от СA0 до СA, получим время пре
бывания реагентов в реакционном пространстве:
Здесь ХА - степень превращения ключевого реагента.
Объем такого реактора будет определяться единовременной загрузкой реагентов, которая зависит от средней годовой производительности, поэтому
V=G/ρ
где V - объем реакционной зоны, м3; G - разовая загрузка реагентов в реактор, кг.
Реактор смешения непрерывного действия. Для реактора идеального смешения непрерывного действия уравнение баланса массы будет иметь вид
v0CA – v0(CA+dCA) - rAV = 0,
где v0 - объемный расход (подача) реагентов, м3/с; V - объем реактора, м3.
|
|
Так как в реакторе идеального смешения непрерывного действия rA=const, то
где t - условное время пребывания реагентов в зоне реакции. Объем реактора определится формулой
V=v0∙t.
Реактор вытеснения. Для реактора идеального вытеснения уравнение материального баланса аналогично реактору идеального смешения:
v0СA - v0 (СA + dСA) - rAV = 0.
После его интегрирования также получаем
Объем реактора идеального вытеснения также определится формулой
V = v0t
При расчете объемов реактора вытеснения или смешения периодического действия приходится вычислять интегралы, подинтегральная функция которых может быть достаточно сложной. Поэтому в таком случае прибегают к численному интегрированию. Наиболее популярной для таких целей является формула Симпсона, которая имеет следующий вид:
Здесь а и b - пределы интегрирования; n - четное число интервалов разбивки отрезка интегрирования.
Расчет проводится в следующей последовательности: задаются точностью вычисления интеграла ε и вычисляют интеграл при n = 4. Затем n все время удваива-
ется, пока не выполнится условие |J(n) – 1(2n) | < ε. Формула Симпсона легко программируется.
Достаточно точными являются две следующие простые формулы:
пятиточечная
и семиточечная формула Уэддля
Задача расчета реальных реакторов в подавляющем большинстве случаев является весьма сложной, так как при этом требуется постановка специальных ис-
следований по оценке эффективной диффузии компонентов реакции в конкретных технологических условиях. При наличии таких коэффициентов расчет можно провести по методикам, описанным в литературе.
|
|