Расчеты химических реакторов

1.2. Реактор идеального вытеснения
Реактор идеального вытеснения характеризуется тем, что любой элемент объема реагирующей среды движется по высоте (длине) реактора параллельно другим элементам, не смешиваясь с предыдущими и последующими элементами объема.
На рис. 2 схематично показана изменение степени превращения х_А, исходных концентраций С_А и других параметров в реакторе идеального вытеснения. Материальный баланс такого реактора при G_нач = 0 запишется в виде:

Gпр= Gух+ Gхр (7) (8) (9) (10)

Рис.2. Схема реактора идеального вытеснения.

После подстановки значений составляющих материального баланса в уравнение (7) и преобразований получим:
(11).
Приведенное уравнение с начальным условием V=0, С_А= С_А0 для некоторых видов простых химических реакций имеет аналитическое решение. В таблице 2 приведены решения уравнения (11) как расчетные формулы для реактора, работающего в режиме идеального вытеснения при проведении в нем необратимых химических реакций, когда реакционный объем остается постоянным.
Таблица 2. Расчетные уравнения для реактора идеального вытеснения

Схема реакции	Кинетическая модель	Расчетные уравнения
	при

Продолжение таб.2

Примеры расчетов.

Пример 5.
Определить объем реактора идеального вытеснения для реакции протекающего без изменения объема реакционной массы.
Дано:
реакция А → S;
порядок реакции n=1;
объемный расход исходного вещества G_V = 30 л/мин;
начальная концентрация исходного вещества С_А0= 0,2 моль/л;
константа скорости реакции k= 0.25 мин ^-1;
степень превращения x_A = 0,82.
Решение.
По базовому уравнению РИВ определяем время реакции:

Рассчитываем объем РИВ:
; .


Пример 6.
Определить производительность реактора по продукту R рассчитать объем реактора идеального вытеснения для полученной производительности, если данная реакция проводиться в РИС-Н.
Дано:
реакция 2А → R;
порядок реакции n=2;
объемный расход исходного вещества G_V = 3,6 м³/ч;
начальная концентрация исходного вещества С_А,0= 0,5 кмоль/м³;
константа скорости реакции k= 2,3 л/(моль∙мин);
V_РИС-Н= 0,4 м³ .
Решение.
Определим время пребывания в реакторе смешения:

Из базового уравнения для реактора смешения находим
, где , находим значение
Рассчитываем степень превращения вещества А:

Находим производительность по продукту R:
П_R = G₀ С_А,0 х_А /v_A =3,6∙0,5∙0,7/2=0,63кмоль/ч.
Рассчитываем время пребывания в реакторе идеального вытеснения(см. таб.2):

Определяем объем реактора вытеснения по формуле: