ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет реакторов по кривым отклика с учетом макросостояния системы из "Методы кибернетики в химии и химической технологии" Для установления модели при наличии смешения знания кинетики и вида выходных кривых (отклика системы), характеризующих время пребывания частиц в реакторе, оказывается недостаточно Для объяснения механизма смешения в реакторе необходимо еще знать уровень смешения в системе (мик-ро- или макроуровень), так как от этого зависит химическое взаимодействие. [c.321] Под смешением на микроуровне, или микросостоянием системы, понимают смешение на уровне индивидуальных молекул. При этом окружение каждой отдельной молекулы не содержит избытка молекул, которые вошли в аппарат одновременно с данной молекулой. Поступающая жидкость диспергируется на молекулярном уровне в течение времени много меньшего, чем среднее время пребывания т. Система является химически однородной. [c.321] Под смешением ва макроуровне, или макросостоянием системы, поним.ают смешение на уровне агрегатов молекул. [c.321] Уровень состояния системы определяется так называемой степенью разделения системы, или степенью сегрегации I. Для уяснения понятия степень сегрегации вводятся представления о концентрации в точке и возрасте жидкости в точке , которые означают концентрацию или возраст, усредненные по области, очень небольшой в сравнении не только со всей системой, но и с размерами агрегатов молекул, но в то же время достаточно большой, чтобы содержать много молекул. [c.322] Предельному значению /=0 соответствует состояние максимальной. смешиваемости. [c.322] Установим влияние уровня смешения или состояния системы на степень превращения в реакторах. Для этого рассмотрим схемы расположения двух реакторов, соответствующих двум крайним моделям лдеального вытеснения и идеального смешения, соединенных последовательно (рис. У1П-12). [c.323] Отличие состоит в том, что по схеме, представленной на рис. У1П-12, а, смешение происходит на более поздней стадии, а по показанной на рис. УП1-12, б — на более ранней. Общее распределение времени пребывания для обеих схем расположения реакторов (рис. УП1-12, в) одинаково для зоны вытеснения получается обычная дельта-функция Ь, для зоны смешения— экспонента т. [c.323] Пусть теперь обе указанные системы рассматриваются только как проточные аппараты (химическая реакция не происходит), применяемые, например, для снижения колебаний температуры и концентрации в установившемся потоке жидкости тогда их. эффект будет совершенно одинаковым. Иначе обстоит дело, когда смешение элементов жидкости происходит одновременно с протеканием химической реакции. Хотя общая степень смешения в обеих рассматриваемых системах одинакова, смешение по схеме б осуществляется на ранней стадии химической реакции, тогда как по схеме а оно происходит на более поздней стадии. Это приведет к разным выходам продукта из описываемых систем. Если реакция изотермическая и. порядок ее больше единицы, более высокая конверсия достигается при схеме а. Согласно предыдущему в реакторе Ь достигается более высокая степень разделения, чем в реакторе т 1ь 1т). [c.323] Предположим также, что объем боковых отводов незначителен. В такой системе в качестве точки можно рассматривать очень короткий участок по длине трубы. Ясно, что распределение возраста в каждой точке чрезвычайно узкое и смешение в системе отсутствует везде, кроме общего выхода. Таким образом, молекулы различных возрастов смешиваются настолько поздно, насколько это возможно, т. е. в точке А (рис.УПЫЗ, а). [c.324] Из этой проточной системы, которая полностью разделена, может быть получена другая воображаемая проточная система, обеспечивающая максимальное смешение, в ней имеется много входов и один выход (рис. УПЫЗ,б). Ее можно получить простым обращением потока. Принимается, что смешение в радиальном направлении является идеальным и таким, что поступающая жидкость рассеивается непосредственно по всей длине трубы. Каждая молекула, как только она входит в систему, смешивается с другими молекулами, которые покидают систему одновременно. Таким образом, перемешивание молекул осуществляется настолько рано, насколько это возможно. Такое состояние определяется как состояние максимальной смешиваемости , оно противоположно понятию полной сегрегации. [c.324] Подводя итоги изложенному, приходим к следующему важнейшему выводу. Для расчета химического реактора необходимо знать-. 1) кинетику реакции 2) функцию отклика системы, или кривую распределения времени пребывания 3) свойства системы — принадлежность к макро- или микросистеме 4) данные о смешении на ранней или поздней стадии. [c.324] Классическая кинетика изучает химические превращения на микроуровне, и соответственно рассматриваемые системы являются микросистемами. Все, что было сказано ранее о расчете химических превращений различных моделей реакторов, относится к микросистемам. [c.324] Рассмотрим теперь расчет химических реакторов на макроуровне для двух крайних моделей идеального вытеснедия и идеального смешения. [c.324] Реактор идеального вытеснения. В этом случае поток полностью разделен а агрегаты молекул, поэтому превращение в агрегате будет проходить так же, как и в предыдущем случае. Другими словами, в реакторе идеального вытеснения превращения жидкости в микро- и макросостояниях полностью идентичны. [c.325] Реактор идеального смешения. При введении в реактор жидкости в макросостоянии концентрация реагента в агрегатах молекул уменьшается так же, как в периодически действующем реакторе, и не достигает сразу минимального значения на выходе, что характерно для микросостояния. Концентрация реагента изменяется в зависимости от длительности его пребывания в аппарате, определяемой функцией отклика. [c.325] ЧТО совпадает с уравнением для реактора идеального смешения на микроуровне (табл. УП1-4). [c.327] Таким образом, для линейных систем (реакция первого порядка) степень сегрегации I не оказывает влияния на степень превращения, т. е. реактор идеального смешения дает одинаковый выход для микро- и макросистем. [c.327] Влияние состояния системы (микро- или макросостояние) существенно сказывается на степени превращения для нелинейных систем в реакторе идеального смешения (см. табл. У1П-4 и рис. УПМ4). [c.327] Из графика, представленного на рис. У1П-14, следует, что при одинаковых степенях превращения в случае реакций, порядок которых меньше единицы, объем реактора идеального смешения больше для макросистемы, чем для микросистемы, и меньше для реакций, порядок которых больше единицы. Иными словами, с повышением сегрегации эффективность реактора идеального смешения для реакций, порядок которых больше единицы, увеличивается, а для реакций, порядок которых меньше единицы, снижается. Если по функции отклика данный реактор близок к модели идеального вытеснения, степень сегрегации не оказывает влияния на степень превращения. [c.327] В случае сегрегированного смешения время, потребное для полной конверсии в каждом микропериодическом реакторе, имеет верхний предел для реакций, порядок которых меньше единицы, и может быть определено из уравнения скорости, как время, лри котором концентрация в реакторе достигает значения, равного нулю, т. е. [c.329] Вернуться к основной статье