На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Реферат Идеальные реакторы и каскад реакторов

Информация:

Тип работы: Реферат. Добавлен: 22.10.2013. Страниц: 17. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное агентство по образованию
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Тверской Государственный Технический Университет»

Кафедра «Технология полимерных материалов»


Выполнила: Грицюк А.
студентка III курса
группы БТ-1003
Проверил: Смирнов Ю.Н


Тверь
2012

Содержание:
1. Химические реакторы……………………………………………………….c.3
1.1. Реактор идеального вытеснения………………………………………с.5
1.2. Реактор периодического действия…………………………………….с.8
1.3. Реактор полного смешения…………………………………………….с.9
2. Сравнение различных типов химических реакторов…………………….с.11
3. Каскад реакторов полного смешения……………………………………..с.14
3.1. Аналитический метод расчёта………………………………………...с.15
3.2. Графический метод расчёта…………………………………………...с.15
Список использованных источников…………………………………………с.17


1. Химические реакторы.

Химическим реактором называется аппарат, в котором осуществляются химические процессы, сочетающие химические реакции с массо- и теплопереносом. Типичные реакторы – промышленные печи, контактные аппараты, реакторы с механическим или струйным перемешиванием, варочные котлы и др. От правильности выбора реактора и его совершенства зависит эффективность всего технологического процесса.
Основные требования к промышленным реакторам:
1. максимальная производительность и интенсивность работы;
2. высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса. Они обеспечиваются оптимальным режимом работы реактора:(температурой, давлением, концентрацией исходных веществ; для каталитических процессов – эффективным применением катализатора);
3. минимальные энергетические затраты на перемешивание и транспортировку материалов через реактор, а также наилучшее использование теплоты экзотермических реакций или теплоты, подводимой в реактор для нагрева реагирующих веществ до оптимальных температур (затраты снижаются уменьшением скоростей потоков, числом оборотов мешалки, но при этом, уменьшается и интенсивность работы реактора, степень превращения);
4. легкая управляемость и безопасность работы обеспечивается конструкцией реактора и малыми колебаниями параметров технологического режима, позволяющими легко автоматизировать работу реактора;
5. низкая стоимость изготовления реактора и ремонта его (простота конструкции и применение дешевых конструкционных материалов);
6. устойчивость работы при значительных изменениях основных параметров режима (концентрации, температуры, давления и др.).

При проектировании реактора необходимы сведения о кинетических закономерностях химической реакции и производительности. Разрабатывая схему реактора, технолог решает – будет реактор работать непрерывно или периодически, определяет модель реактора и указывает способы подвода и отвода тепла.
Методы технологического расчета и подбора параметров значительно отличаются для различных типов реакторов. Поскольку гидродинамическая обстановка и температурный режим в основном определяют кинетику процесса, протекающего в реакторе, в основу классификации реакторов положены предельные гидродинамические режимы: идеального вытеснения и полного (идеального) смешения в изотермических, адиабатических или политермических условиях. Эта идеализация позволяет исключить из рассмотрения второстепенные черты процесса и использовать те, которые определяют поведение системы.
Расчет промышленного реактора в большей степени базируется на экспериментальных данных, и идеализированные модели служат лишь отправной точкой для наиболее полного использования опытных данных для определения основных размеров реактора. При исследовании работы реакторов составляется математическое описание (математическая модель) реактора. Уравнения математической модели выводятся на основании балансов веществ теплоты и количества движения для реактора в целом или для его бесконечно малого объема в зависимости от его режима работы.


1.1. Реактор идеального вытеснения.

Примером такого реактора может служить трубчатый реактор для производства малеинового ангидрида. В таком реакторе все частицы движутся в заданном направлении, не перемешиваясь с движущимися впереди и сзади и полностью вытесняя подобно поршню находящиеся впереди частицы потока (поршневое движения потока).
Время пребывания всех частиц в аппаратах идеального вытеснения одинаково, то есть временной характеристикой реактора служит уравнение

где r - среднее время пребывания частиц; Vc - расход реакционной смеси; V - обем реактора.
По длине (высоте) реактора плавно изменяются концентрации реагентов и, в соответствии с этим, изменяется скорость реакции. Так, для простой реакции , протекающей без изменения объема при постоянстве температуры, по мере протекания реакции по длине (высоте) и (или), что тоже и по времени пребывания в реакторе r, уменьшается концентрация вещества A от до (см. рис 1а), увеличивается степень превращения (см. рис 1б) и снижается скорость реакции (см. рис 1в).

Рис.1.


Характеристическое уравнение реактора идеального вытеснения, полученное на основе уравнения материального баланса, имеет вид:


где - начальная концентрация вещества А; - степень превращения; - скорость реакции.
Уравнение (2) позволяет, если известна кинетика процесса, определить время пребывания реагентов, а затем размеры реактора при заданных расходе реагентов и степени превращения или производительность при заданных размере реакторе и степени превращения.
Для реакции при большом избытке вещества И (гидратация и гидролиз при избытке воды, окислении при избытке кислорода и др.) уравнение скорости реакции тогда

Для необратимой реакции нулевого порядка

Для необратимой реакции первого порядка

Если реакция идет с изменением объема, то необходимо учитывать относительное изменение объема всей системы при изменении степени превращения от 0 до 1

где - соответственно объем реакционной массы при .
Концентрация реагентов для такой реакции и время пребывания для необратимой реакции будет равно


Для необратимой реакции нулевого порядка


Для необратимой реакции первого порядка


Вывод: Математическую модель реактора вытеснения можно применять для технологических расчетов при проектировании жидкофазных трубчатых реакторов с большим отношением длины трубы к его диаметру. Такие реакторы широко применяются в производствах органического синтеза (производство малеинового ангидрида и др.).


1.2. Реактор периодического действия

В реактор периодического действия единовременно загружают определенное количество реагентов, которое находится в нем до тех пор, пока не будет достигнута желаемая степень превращения. После этого реактор разгружают. В таком реакторе распределение концентрации при любой степени смешения во времени аналогично реактору идеального вытеснения.
Количество исходного вещества, вступающего в реакцию в единицу времени определяется по формуле:

и время пребывания частиц в этом реакторе:
- представляет собой характеристическое уравнение для реактора периодического действия. Уравнения, описывающие изменение степени превращения или концентрации исходного вещества во времени аналогичны соответствующим уравнениям в реакторе идеального вытеснения.


1.3. Реактор полного смешения.

Проточный реактор смешения представляет собой аппарат, в котором интенсивно перемешиваются реагенты, например, при помощи мешалки. В него непрерывно подаются реагенты и непрерывно выводятся продукты реакции. Поступающие в аппарат этого типа частицы вещества мгновенно смешиваются с находящимися в нем частицами, то есть равномерно распределяются в объеме аппарата. В итоге во всех точках реакционного объема мгновенно выравниваются параметры, характеризующие процесс. На рис 2 показаны зависимости концентрации (а), степени превращения (б), скорости реакции (в).


Рис. 2.


Характеристическое уравнение реактора полного смешения выводится на основе материального баланса. Но так как в таком аппарате концентрации реагентов одинаковы во всем объеме, то и материальный баланс составляется для всего объема. Характеристическое уравнение проточного реактора полного смешения имеет вид


Для реакций протекающих без изменения объема , тогда

Уравнения (9) и (10) позволяют по четырем величинам, например для реактора объемом V из определить пятую и т.д.
Из уравнения (9) получается характеристическое уравнение для необратимой реакции любого порядка

Для необратимой реакции нулевого порядка

Для необратимой реакции первого порядка

Вывод: Математическую модель реактора полного смешения применяют, прежде всего, при моделировании жидкостных реакторов с перемешивающими устройствами (пропеллерными, лопастными, якорными и другими типами мешалок), а также с пневматическим и струйно-циркуляционным перемешиванием. Реакторы с перемешивающими устройствами применяются для гомогенно-жидкостных и гетерогенных процессов в системе Ж-Т (суспензия), Ж-Ж (эмульсия), и Г-Ж. К режиму смешения по твердой фазе (в определенных условиях и по газовой) относят реакторы с кипящим слоем твердого зернистого материала: печи, контактные аппараты и др.


2. Сравнение различных типов химических реакторов

Одним из факторов, используемых для сравнения и выбора реакторов, является влияние концентрации реагентов, точнее, движущей силы процесса на производительность реактора. При этом условно принимается постоянство других параметров технологического режима. Распределение концентрации реагентов в различных моделях реакторов приведено в таблице.
Реакторы идеального вытеснения и полного смешения. При прохождении реакционной смеси через реактор идеального вытеснения уменьшается концентрация исходных реагентов СА по высоте (длине) реактора и в соответствии с этим снижается движущая сила процесса, а при постоянстве других параметров — и скорость процесса.
Аналогичная картина наблюдается в реакторах периодического действия.

Таблица:
Сравнение различных типов химических реакторов


Сравнение реакторов только по скорости процесса недостаточно. Следует еще учитывать, что постоянство температуры и концентрации реагентов по всему объему реактора смешения облегчает управление процессом, автоматизацию работы реактора. Иногда представляется возможным получение продукта одинакового качества с большим выходом. Например, для проведения ряда процессов полимеризации предпочтителен реактор полного смешения вследствие выравнивания концентрации. Ряд каталитических синтезов проходит с достаточной селективностью лишь в узком интервале температур, легко достижимом в изотермических реакциях полного перемешивания. Характерными примерами таких процессов могут служить синтезы метанола и высших спиртов, в которых повышение температуры на 10—20°С от оптимальной вызывает побочные реакции.
В реакторах смешения, как правило, эффективнее, чем при режиме вытеснения, протекают реакции с высокими концентрациями реагентов и при больших тепловых эффектах реакции. Интенсивное перемешивание улучшает условия теплопередачи; уменьшаются теплообменные поверхности для отвода (или подвода) теплоты, от реагирующей системы.
С другой стороны, перемешивание может вызвать нежелательное истирание твердых реагентов, эрозию аппаратуры, усиление уноса из реактора измельченных твердых частиц или капель жидкости. Энергетические затраты в реакторах смешения могут быть в несколько раз выше, чем при режиме вытеснения.
Таким образом, для выбора модели реактора необходимо сопоставить все положительные и отрицательные стороны предполагаемых типов реакторов и остановиться на такой модели, которая обеспечит, в конечном счете, наиболее экономическое осуществление процесса.
Единичный реактор и каскад реакторов полного смешения. Сравнение распределения концентраций в единичном реакторе полного смешения и в каскаде, состоящем из реакторов смешения одинакового объема, приведено в таблице.
Движущая сила процесса DС в каскаде будет больше, чем в единичном реакторе. Разница в DС будет тем большей, чем большее число реакторов в каскаде. При бесконечно большом числе реакторов в каскаде DС каскада приближается к DС реактора идеального вытеснения.
Реакторы периодического и непрерывного действия. Реакторы периодического действия работают при нестационарном технологическом режиме. При этом независимо от степени перемешивания реагирующих масс изменяются во времени не только концентрации реагентов, но и температура, давление, а соответственно и константа скорости процесса. Если периодический реактор работает в режиме полного смешения, то время, необходимое для достижения заданной степени превращения, рассчитывается по характеристическому уравнению (см. табл.), которое совпадает с характеристическим уравнением реактора идеального вытеснения (см. табл.). Следовательно, если были бы возможны одинаковые условия проведения процесса в реакторах периодического действия и идеального вытеснения, то их объемы были бы равны между собой. Однако, условия протекания процессов в промышленных проточных реакторах, как правило, лучше, чем в периодических.
Кроме того, производительность реактора периодического действия ниже, чем реактора идеального вытеснения, работающего непрерывно, потому что при использовании периодически действующего реактора затрачивается некоторое время на загрузку реагентов, после чего в нем происходит химическое превращение. По окончании реакции производят опорожнение реактора, на что также требуется определенное время. Следовательно, работа такого реактора складывается из чередующихся циклов: загрузка — химическое превращение — разгрузка. При этом полез-ным периодом работы реактора является стадия химических превращений.
Таким образом, использование периодически работающих реакторов целесообразно для малотоннажных производств, например реактивов, некоторых катализаторов, фармацевтических и лакокрасочных материалов.
3. Каскад реакторов полного смешения.

В отдельно взятом реакторе полного смешения вследствие того, что концентрации реактивов мгновенно снижаются до конечной величины, скорость реакции при больших степенях превращения невелика и поэтому для достижения высоких степеней превращения требуются реакторы большого объема. При этом более целесообразным является установка ряда последовательно установленных реакторов – каскада реакторов (см. рис 3 и рис.4).

Рис.3. Схема каскада реакторов полного смешения


Рис. 4. Изменение концентрации исходного вещества по ступеням каскада реакторов полного смешения а), в реакторе идеального вытеснения б).
В каждой ступени каскада параметры процесса постоянны. Для определения числа теоретических ступеней используют алгебраический и графический методы.

3.1. Аналитический метод.
Основа расчета - материальный баланс для каждой ступени каскада. В результате последовательного составления материального баланса для реакции первого порядка можно получить:

где - концентрация основного реагента после m-ой ступени; - начальная концентрация основного реагента.
Если заданы концентрации или степени превращения во всем объеме каскада, то число ступеней можно определить:

Определение через для реакции высоких порядков весьма сложно, поэтому в ряде практических случаев используется графический метод.

3.2. Графический метод.
Используя уравнение , получим

Последнее уравнение представляет собой уравнение прямой зависимости скорости реакции от концентрации основного реагента в m-ой ступени. Это справедливо для случаев, когда объем реакторов каскада одинаков. Вид прямой: .
Данная прямая пересекает ось абсцисс в точке и имеет тангенс угла наклона, равный , однако не все значения и пригодны для дальнейшего выбора, а только те, которые удовлетворяют уравнению: .

В результате пересечения прямой линии, имеющей тангенс угла наклона, равный , с кривой зависимости скорости от концентрации, дает значение концентрации m-ой ступени (см. рис 5).

Рис. 5. Иллюстрация графического метода расчета степеней каскада реакторов полного смешения.


Список использованных источников:
1 Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник, М., Высшая школа, 1985. - 448 с.
2 Бесков В.С., Гришин Л.В., Зайцев В.Н. Процессы в химических реакто-рах. Текст лекций. - М.: МХТИ, 1986. - 84 с.
3 Смирнов Н.Н. Реакторы в химической промышленности. М., 1980. - 72 с.
4 Смирнов Н.Н., Волжинский А.И. Плесовских В.А. Химические реакторы в примерах и задачах. Л.: Химия, 1994. - 224 с.





Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.