Файл: Пинаев Г.Ф. Основы теории химико-технологических процессов учеб. пособие.pdf

аналогичное (V.45) с постоянным значением /:

та = т0 + л .

Задача состоит в вычислении интеграла

Интеграл в правой части (IX.74) при целочисленных зна­ чениях ßs и ß;- удается выразить через интегральную экспо­ ненциальную функцию, определяемую следующим уравне­ нием:

X

239

Г л а в а X

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ

§ Х.1. Общая классификация

Реакторы для осуществления химико-технологических про­ цессов нередко являются достаточно сложными аппаратами, а иногда их правильнее считать сооружениями (агрегатами). Поэтому классификация реакторов на рациональной основе возможна, если ограничиться лишь существенными характе­ ристиками, определяющими особенности химической реакции или физико-химического превращения, для осуществления ко­ торых предназначен реактор.

Прежде всего в основе такой классификации лежат при­ знаки, обусловленные особенностями гидродинамики потоков.

1.Макроструктура потоков, определяемая числом макро­ скопических потоков и их относительным направлением в ре­ акторе. Различают реакторы с однофазным и многофазным потоками. Такое подразделение не вполне эквивалентно де­ лению систем на гомогенные и гетерогенные, так как гетеро­ генная система с тонкодисперсными фазами может рассмат­ риваться как квазиоднофазная и, напротив, гомогенная сис­ тема, в которой явно различимы струи различного состава (например, в виде пламени), — как квазидвухфазная.

2.Кинематика потоков, определяемая зависимостью ве­ личины потока во времени. Потоки могут быть непрерывными (стационарные) и периодическими и соответственно этому — реакторы непрерывного действия (проточные) и периодическо­ го действия. В реакторах с многофазными потоками со слож­ ной кинематикой одни квазиоднофазные потоки могут быть периодическими, другие — непрерывными.

3.Продольное смешение реагентов лежит в основе разде­ ления реакторов на реакторы идеального смешения, в кото­ рых исходные вещества идеально перемешиваются с продук­ тами реакции, реакторы идеального вытеснения, в которых практически полностью исключено смешение исходных ве­ ществ с продуктами реакции, и реакторы неполного смеше­

ния, в которых наблюдается смешение исходных веществ с продуктами реакции, но осуществляется оно не так интен­ сивно, как в реакторе идеального смешения.

4. Микроструктура потоков. По этому признаку различают молекулярные потоки и глобулярные, или сегрегированные.

Молекулярными называют однофазные потоки реактора, в которых молекулы исходного вещества с одинаковым време­ нем пребывания имеют в своем окружении молекулы исход­ ных веществ с различным временем пребывания.

Глобулярными, или сегрегированными, являются однофаз­ ные потоки, в которых все помеченные молекулы исходного вещества имеют в своем окружении молекулы исходных ве­ ществ с тем же временем пребывания, что и помеченные мо­ лекулы. Очевидно, сегрегированным потокам соответствует модель эмульгированной жидкости, молекулы которой заклю­ чены в глобулы, движущиеся с потоком как нечто целое, как миниатюрный реактор периодического действия, и молекулы из одной глобулы не попадают в другие (в этом отличие гло­ булярных потоков от реальных двухили многофазных по­ токов) .

Можно назвать также ряд признаков, обусловленных тем­ пературным режимом в реакторах и особенностями самих ре­

называют неадиабатическим, а при их отсутствии — адиаба­ тическим.

7. Наличи^ или отсутствие гетерогенного катализатора.

Различают реакторы некаталитические и гетерогенно-катали- тические. В последнем случае катализатор применяют в виде насадки, укрепленной в реакторе, или в виде подвижной дис­ персной среды, подаваемой в реактор.

8. Гомофазность и гетерофазность реакций. Если исходные и конечные продукты реакции принадлежат одной фазе, то реакцию называют гомофазной, а если указанные продукты

ные особенности работы реакторов. Приведенные признаки классификации реакторов не являются в полном смысле неза­ висимыми, и их произвольное сочетание не всегда возможно. Так, пункт 3 классификации по существу имеет смысл лишь в отношении проточных реакторов, упоминаемых в пункте 2. Пункт 4 имеет значение лишь в отношении проточных (п.2) реакторов идеального смешения и .неполного смешения (п.З), поскольку в реакторах идеального вытеснения отсутствует продольное смешение, как и в потоках с глобулярной микро-

242

структурой (п.4). Пункт 5 имеет значение лишь для реакторов неполного смешения и идеального вытеснения, так как в ре­ акторах идеального смешения (п.З) благодаря интенсивному перемешиванию реактантов происходит выравнивание кон­ центраций по объему реактора, а вместе с этим выравнивание температуры и достижение изотермичное™ процесса. Для кинетических расчетов гомофазных реакций, к которым отно­ сятся также и многие гетерогенные и каталитические реак­ ции, очень важно учитывать пункты 2, 3 и 5 приведенной классификации.

между компонентами. В таких случаях существенное значение

§Х.2. Распределение времени пребывания частиц

впроточных реакторах

Характеристики продольного смешения в идеальных и ре­ альных реакторах во многих случаях могут быть определены функцией распределения частиц по времени пребывания. Наи­ большее распространение получила С-функция, которая мо­ жет быть найдена из анализа «кривых вымывания» трассера меченого инертного вещества, обладающего интенсивной ок­ раской или иным измеримым специфическим свойством (на­ пример, радиоактивностью). Для получения С-кривой вводит­

ется. Начиная с этого момента в выходном потоке измеряется

Функцию изменения концентрации с*0 во времени во вход­ ном потоке называют входной функцией или возмущением.