Диффузионная модель - раздел Химия, Принципы составления материальных и тепловых балансов химических реакций В Диффузионной Модели Существует Некий Промежуточный Гидродинамический Режим ...
В диффузионной модели существует некий промежуточный гидродинамический режим между идеальным вытеснением и смешением.
Диффузионная модель проточного реактора учитывает перемешивание реакционной среды в осевом направлении, вызванными различными видами диффузии. Общее уравнение потока веществ для однопараметрических моделей химических реакторов можно записать с помощью уравнения:
Или (1),
где UL – линейная скорость потока в направлении оси реактора; DL – коэффициент продольной диффузии.
Первый член уравнения (1) ответственный за осевое перемещение, интенсивность которого определяется коэффициентом DL. Второй член уравнения характеризует конвективный перенос i-ого вещества со скоростью UL.
В предельных случаях уравнение может быть использовано для описания РИВ и РИС-Н.
Если первый член = 0, , то
и получаем РИВ.
Если , т. е. имеет место равномерное распределение по объему, то
Следует отметить, что расчет РИС-Н по уравнению затруднен, т. к. в РИС Ci(l) является разрывной функцией (на входе в реактор происходит скачкообразные изменения от Ci,0 до входной концентрации Ci).
Степень приближения реальной гидродинамической обстановки к одной из реальных зависит от соотношения величин конвективной и диффузионных составляющих уравнения динамики.
Используя методы теории подобия, являющихся мерой относительной эффективности –х физических процессов: конвективного переноса в направлении оси реактора и диффузионного перемешивания:
B0 – критерий Боденштейна или диффузионный критерий Пекле.
Если B0 – большое значение, то конвективный перенос >> диффузионного перемешивания, а это возможно при больших значениях длины и линейной скорости, либо при низких значениях DL.
Если B0=∞ - получаем РИВ.
Если B0 – малое значение, что возможно при малых l или U, либо при больших DL, то преобладает диффузионное перемешивание.
Если B0=0 - получаем РИС-Н.
Значение критерия Боденштейна коррелирует с типом диффузионной модели м находится также экспериментальным путем.
Расчеты на основе диффузионной модели существенно сложнее, чем на основе ячеечной.
Аналитическое решение уравнения диффузионной модели возможно лишь для стационарного реактора при проведении в нем реакции 1-ого порядка, скорость которой является линейной функцией от концентрации:
Экспериментальное определение параметров ячеечной и диффузионной модели
Интегральная функция распределения I(τ).
τ0
τ
I(τ)
S0
I(τ) – объемная доля потока, находящегося в реакторе в течении времени меньше τ.
Свойства интегральной функции распределения:
, -объемная доля потока, находящегося в реакторе в течении времени меньше τ1. - объемная доля потока, находящегося в реакторе в течении времени больше τ1. I(0)=0
Дифференциальная функция распределения E(τ).
E(τ)
τ2
τ
E(τ)
S’
S2
– плотность распределения времени проживания частиц в реакторе.
Свойства дифференциальной функции распределения:
Получение информации о функциях распределения времени пребывания:
Для получения информации о функции распределения используют метод трассеров или индикаторов. Суть метода: подача на вход реактора специальных веществ, которые можно легко определить на выходе из реактора; при этом трассер должен изменить гидродинамический режим в реакторе. В качестве трассеров можно использовать красители, фосфорицирующие вещества, кислоты и щелочи, радиоактивные изотопы и др.
Для получения требуемой функции распределения используют различные способы ввода трассера.
Функция распределения времени пребывания идеальных проточных реакторов.
РИС-Н
τ
I(τ)
τ
E(τ)
РИВ
τ
τ
I(τ)
Интегральная функция распределения I(τ) разрывная функция, имеющая 2-а значения: 0 и 1.
При τ < , I(τ)=0
При τ > , I(τ)=1
Дифференциальная функция распределения - особая функция, т. к. является
функция Дирака
∞
τ
E(τ)
При τ = ,
Функция приближающая по свойствам к δ-функции:
τ
I(τ)
τ = , E(τ)=∞
< , E(τ)=∞
> , E(τ)=0
Функция распределения для реальных реакторах
Ячеечная модель
Интегральная функция распределения I(τ) для ячеечной модели имеет следующий вид:
m – число ячеек
Интегральная функция распределения времени пребывания для ячеечной модели при различных значениях N.
N=1
N=20
τ
0,5
I(τ)
N=5
∞
Дифференциальная функция распределения E(τ) для ячеечной модели имеет вид:
τ
0,5
E(τ)
1) N=1
2) N=2
3) N=6
4) N=∞
Диффузионная модель
Дифференциальная функция распределения времени пребывания для диффузионной модели при различных значений параметра
Химико технологический процесс ХТП закономерности их протекания задачи анализа синтеза и оптимизации химико технологических систем... Технологические критерии эффективности химико технологических процесса... Принципы составления материальных и тепловых балансов химических реакций...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Диффузионная модель
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Эмпирические методы расчета тепловых эффектов.
1. Эмпирический метод расчета газообразных веществ (при 25оС) по Коновалову:
;ккал/моль;
– теплота сгорания органических соединений до CO2 и H2
Кинетика гетерогенно - каталитических процессов.
- наблюдаемая скорость процесса ,
- наблюдаемая константа скорости, отнесенная к поверхности катализатора
- движущая сила процесса
- Внешнедиффузионная область
С
Кинетическая область.
В случае кинетической области химическая реакция является наиболее медленной и протекает в объеме фазы 1 и 2. Таким образом, общая скорость процесса равна сумме скоростей реакции в каждой фазе в от
Основные модели топохимических процессов
При описании топохимических процессов используют две модели:
1. Квазигомогенная модель
2. Модели частицы с фронтальным перемещением зоны реакции (модель частицы с невзаимодействую
Механизм и скорость процессов взаимодействия газа (жидкости).
При анализе механизма процесса для частиц с невзаимодействующим ядром можно выделить 5 стадий развития процесса (рис 2.2.):
1) диффузию газообразного (жидкого) реагента через ГЛП к поверхн
Расчет реактора РИС-П
В реакторе идеального смешения за счет эффективного перемешивания выравниваются концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции во всех точках объема реакционной массы. Для достижения эффектив
Реактор идеального вытеснения РИВ
В РИВ реакционная масса движется в одном направлении без продольного или поперечного перемещения. В виду схожести движения реакционной массы с движением поршня этот режим еще называют поршневым.
Последовательное соединение РИС-Н с одинаковым объемом
Основным недостатком единичного РИС-Н является низкая производительность в расчете на единицу объема аппарата, т.к в таком реакторе сохраняется низкая скорость процесса. Для устранения этого недост
Расчет реакторов с неподвижным слоем катализатора
Реакторы с неподвижным слоем катализатора по гидродинамическому режиму приближаются к РИВ.
Поэтому для получения проектного уравнения реактора необходимо воспользоваться уравнением мат. ба
Расчет реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора
Расчет таких реакторов заключается в определении основных размеров реактора.
Скорость, необходимая для перевода неподвижного слоя частиц катализатора в псевдоожиженное состояние зависит от
Аппарат с движущемся слоем катализатора
Движущийся слой катализатора позволяет осуществлять непрерывный процесс. Катализатор имеет форму шариков, которые движутся под действием силы тяжести сверху вниз. Реагенты движутся как сверху вниз,
Конструкции реакторов
При выборе газожидкостных реакторов необходимо учитывать возможность создания высокой поверхности контакта фаз. Это условие может соблюдаться как для газа, так и для жидкой фазы. В первом случае ис
Аппараты колонного типа (диффузионная область)
Для того, чтобы рассчитать высоту колонны во всех случаях необходимо совместно проанализировать выражение, описывающее скорость процесса и уравнение его мат баланса.
Рассмотрим гетерофазны
Аппарат колонного типа (кинетическая область)
вАг+Вж=продукты
Допущения:
-вещество Вне растворимо в газе;
- количество непрореагировавшего вещества А в жидкости мало по сравнению с содержанием А в га
Аппараты типа смеситель-сепаратор
Применяются для систем ж-ж(н) и очень редко для систем г-ж.
Обычно в реакторные узлы такого типа входят 2 устройства:
- смеситель, т.е реактор, в котором осуществляется химическое
Модели смешения фаз в реакторе полупериодического действия.
Аг+Вж=продукты
В таких реакторах газ непрерывно подается в жидкость в течение времени, за которое жидкий реагент В полностью вступает в реакцию.
При этом концентрация вещества А в
Ячеечная модель
Реальный аппарат мысленно расчленяют на N последовательных соединенных ячеек идеального смещения.
Как правило при N<10 удовлетворительно описывается реальный реактор.
Простые необратимые реакции
Уравнение скорости экзо- и эндотермических реакций можно записать:
(8)
Как видно из уравнения скорость химической реакции является функцией нескольких переменных: температуры, сте
Обратимые химические реакции
В случае обратимых экзотермических реакций увеличение температуры будет приводить к возрастанию скорости реакции, однако в соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие будет смещаться в сторону и
Тепловая устойчивость химических реакторов
Под устойчивым тепловым режимом реактора подразумевается режим, при котором система может самопроизвольно вернуться в исходное состояние при наличии каких-то возмущений (изменение температуры, реаг
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов