ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет реакторов по кривым отклика с учетом макросостояния системы из "Методы кибернетики в химии и химической технологии 1968" Для установления модели при наличии смешения значение кинетики и вида выходных кривых (отклика системы), характеризующих время пребывания частиц в реакторе, оказывается недостаточным. Для объяснения механизма смешения в реакторе необходимо еще знать уровень смешения в системе (микро-или макроуровень), так как от этого зависит химическое взаимодействие. [c.196] Под смешением на микроуровне, или под микросостоянием системы понимают смешение на уровне индивидуальных молекул. 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.196] Под смешением на макроуровне, или под макросостоянием системы понимают смешение на уровне агрегатов молекул. Поступающая жидкость распределяется на отдельные агрегаты, в свою очередь равномерно распределенные по объему аппарата. Система остается полностью разделенной (сегрегированной). [c.196] Уровень состояния системы определяется так называемой степенью разделения системы, или степенью сегрегации I. Для понятия о степени сегрегации вводится представление о концентрации в точке и возрасте жидкости в точке . Они означают концентрацию или возраст, усредненные по области очень небольшой в сравнении не только со всей системой, но и с размерами агрегатов молекул, но достаточно большой, чтобы содержать много молекул. [c.196] Пусть возраст молекулы определяется как время т, которое прошло с того момента, когда молекула попала в систему. Тогда можно рассчитать дисперсию возраста всех молекул системы, т. е. средний квадрат отклонения возрастов молекул от среднего возраста. [c.196] Предельному значению /=0 соответствует состояние максимальной смешиваемости. [c.197] Для системы, имеющей распределение времени пребывания, аналогичное распределению в модели идеального смешения, величина / может лежать между нулем (смешение на молекулярном уровне) и единицей (случай полного разделения). Для системы, соответствующей модели идеального вытеснения, где частицы потока не смешиваются, степень разделения достигает максимального значения, равного /=1. [c.197] Установим влияние уровня смешения или состояния системы на степень превращения в реакторах. Для этого рассмотрим схемы расположения двух реакторов, соответствующих двум крайним моделям идеального вытеснения и идеального смешения, соединенных последовательно (рис. П1-27). [c.197] На основании сказанного выше можно дать и другую трактовку влияния уровня смешения Вообразим реактор с полным разделением, представляющий собой длинную трубу, в которой предполагается поток поршневого типа или идеального вытеснения с большим числом боковых выходов, размещенных на малых интервалах друг от друга (рис. П1-28). Поток через эти боковые выходы отбирается таким образом, что общее распределение времени пребывания для системы равно данному распределению времени пребывания, которое изучается. [c.198] Подводя итоги изложенному, приходим к следующему важнейшему выводу для расчета химического реактора необходимо знать I) кинетику реакции-, 2) функцию отклика системы, или кривую распределения времени пребывания 3) свойства системы — наличие макро- или микросистемы и 4) иметь сведения о смешении на ранНей или поздней стадии. [c.199] Классическая кинетика изучает химические превращения на микроуровне, и соответственно рассматриваемые системы являются микросистемами. Все, что было сказано ранее о расчете химических превращений в различных моделях реакторов, относится к микросистемам. [c.199] Рассмотрим теперь расчет химических реакторов на микроуровне для двух крайних моделей идеального вытеснения и идеального смешения . [c.199] Реактор периодического действия (реактор идеального вытеснения во времени). Пусть реактор заполнен жидкостью в макросостоянии, содержащей реагент А. Поскольку каждый агрегат молекул жидкости ведет себя как собственный малый реактор периодического действия, степень превращения одинакова во всех агрегатах, т. е. полученный результат идентичен случаю заполнения реактора жидкостью в микросостоянии. Таким образом, для периодических процессов состояние агрегации не изменяется и не влияет на степень превращения или распределения. [c.199] Реактор идеального вытеснения. В этом случае поток полностью разделен на агрегаты молекул, поэтому превращение в агрегате будет проходить так же, как и в предыдущем случае. Другими словами, для реактора идеального вытеснения микро-и макросостояния жидкости дают полную идентичность превращения. [c.199] Реактор идеального смешения. При введении 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.199] ЧТО совпадает с уравнением для реактора идеального смешения на микроуровне (табл. 20). [c.202] Таким образом, для линейных, систем (реакция первого порядка) степень сегрегации / не оказывает влияния на степень превращения, т. е. реактор идеального смешения для микро- и макросистем дает одинаковый выход. [c.202] Влияние условия состояния системы (микро- или макросостояние) существенно сказывается на степени превращения для нелинейных систем в реакторе идеального смешения (см. табл. 20 и рис. 111-29). [c.202] На рис. 1И-30 представлена степень сегрегации для различных систем 6. Из рисунка видно, что гетерогенные системы практически полностью сегрегированы. [c.203] Вернуться к основной статье