42. Секционирование реакционной зоны потока смешения.

В ПС конц-ции реагентов мгновенно снижаются до конечной величины. Поэтому, если необходимо обеспечить высокую степень превращения, то скорость процесса будет очень низка. В этом случае U=k*C_A технологи используют эффект секционирования реакц зоны на несколько участков. Каждый такой участок работает как самостоятельная зона. Такую систему наз-ют каскадом. В каскаде состав реакц зоны мгновенно меняется только в каждой ступени и можно поддерживать достаточно высокую среднюю скорость процесса, т.к. низкие скорости, соответствующие малой конечной конц-ции, будут набл-ся только для последней ступени каскада. 3 случая

График 1 хар-ет изменение движ силы пр-са в каждой ступени каскада

Кривая 2 показывает среднее изменение ΔС во всем каскаде (усредненная). Она приближается к изменению ΔС для потока вытеснения.

Особенно, если число ступеней будет велико. При числе ступеней → суммарный объем реакц зоны станет равным объему реакц зоны потока вытеснения.

42.1. Методы расчета каскада реакционных зон.

Аналитический метод.

Применяется для простых реакций 1-го порядка.

Задано:

А→В U=k*C_A ( известна кинетика)

Расход смеси постоянен для каждой ступени. Составляется материальный баланс. Для одной ступени (1-ой):

,

Для 2-ой ступени: ,

Можно рассчитать концентрации реагентов на выходе из каждого реактора

Можно рассчитать Х_А после каждого реактора

Конечная степень превращения

Графический метод

Наиболее простой метод заключается в следующем:

Задано: С_А,0, V,V_р(каждого);С_А,кон. Рассчитать : n.

U=k*C ^у_A, у – порядок реакции.

Для любой ступени баланс:

- основа для графического метода.

Задаваясь произвольными значениями С_А(n-1) рассчитывают соответствующее значение С _А(n) и строят график в координатах С_{А(n-1)(вход)} и С _{А(n)(выход)}. Прямая 2 – концентрация реагентов на выходе из (n-1) реактора равна из (n-1) концентрации на входе в «n» реактор.

Т акое построение продолжается до тех пор, пока на выходе из какого-то реактора не будет достигнута С_кон. Число ступенек равно числу реакторов в каскаде.

Обратная задача решается также. Примечание: эти методы справедливы, если реакц зоны разделены на равные объемы. Для деления на разные объемы усложняются только вычисления.

43. Сопоставление протекания хтп в различных идеальных потоках.

Сравнение проводят или по достигаемой степени превращения в одинаковых объемах реакц зон или по необходимым объемам реакц зон для достижения одинаковых степеней превращения, по избирательности и другим характеристикам. При сравнении считают, что начальные условия равны (давление, температура, размеры частиц). Мы будем сравнивать по объемам реакц зон, необходимых для достижения одной и той же степени превращения.

43.1. Процессы без тепловых эффектов ( при изотермическом температурном режиме).

U=k*ΔC. Константы скорости в потоке смешения и вытеснения одинаковы. В потоке смешения вследствие перемешивания продуктов реакции с исходными веществами средняя ΔC равна конечной и меньше, чем в потоке вытеснения.

Для реакции 1-го порядка:

U=k*C_A, ΔC = C_A.

Вывод: при изотермическом температурном режиме скорость в потоке вытеснения для простых реакций всегда выше, чем скорость в потоках смешения.