Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Реактор идеального вытеснения



Реактор идеального вытеснения (РИВ) является гипотетической идеа- лизированной моделью непрерывно действующих аппаратов вытеснения, в которых реакционная масса движется вдоль оси, вытесняя последующие слои. Условие его идеальности заключается в следующих допущениях . Каждый элемент потока в определенном поперечном сечении аппарата движется вдоль оси с одинаковой линейной скоростью. В связи с этим предполагается отсутствие потерь давления на трение потока о стенки или насадку, а также отсутствие диффузионных явлений продольного (обратного) перемешивания.

При постоянстве условий теплообмена, скорости подачи и состава ис- ходной смеси (стационарный режим) каждый элемент потока пребывает в таком реакторе в течение одинакового времени. При этом концентрации и температура в каждом поперечном сечении постоянны, изменение концен- трации веществ происходит по длине аппарата. На основе этого уравнение материального баланса составляется для бесконечно малого элемента объ- ема.

Типичным примером аппаратов данного типа может являться реактор гидроочистки дизельного топлива, получивший широкое распространение на нефтеперерабатывающих заводах.

Закон сохранения массы веществ, находящихся в реакторе и участвующих в химических реакциях, приводит к совокупности уравнений материального баланса. Каждое из них представляет собой дифференциальное уравнение, определяющее скорость изменения концентрации какого-либо реагента. В случае, когда можно пренебречь изменением объема реагирующей смеси и термодиффузионным переносом массы, общее уравнение материального баланса записывается в виде:

Когда переменные, характеризующие состояние реактора, одинаковы во всех точках каждого сечения, модель превращается в одномерную и описывается уравнением

При отсутствии продольного перемешивания (D = 0) мы приходим к модели реактора идеального вытеснения:

Это уравнение можно упростить, перейдя от локальных производных к субстанциональной производной

,

характеризующей быстроту изменения концентрации в элементарном объеме, движущемся вдоль реактора. Тогда получим .

Переход от локальных производных к субстанциональной соответствует переходу от переменных Эйлера, описывающих изменение интересующей нас величины в данной точке пространства в данный момент времени, к переменным Лагранжа, описывающим изменение в элементарном объеме вещества. Этот переход является вполне адекватным для рассматриваемой модели, т. к. все элементы смеси, поступающей в реактор, претерпевают в дальнейшем одни и те же изменения. Поскольку в реакторе идеального вытеснения каждый из элементов реагирующей смеси ведет себя как замкнутая реакционная система, то соотношение (18.3.2.4) является уравнением материального баланса не только для реактора идеального вытеснения, но и для реактора периодического действия, работающего в условиях идеального смешения. Однако если для реактора периодического действия уравнение описывает изменение концентрации со временем, то для реактора идеального вытеснения оно позволяет также судить о распределении концентрации по длине реактора. Для этого нужно произвести замену независимой переменной по формуле .

Закон сохранения массы для одного из исходных веществ, подаваемых в реактор, записывается следующим образом:

,

где q – объемная скорость подачи реагирующей смеси; V – объем реактора; Ci0 – концентрация i-го вещества на входе в реактор; Ci концентрация i-го вещества
в реакторе и на выходе из реактора.

Если реагирующая смесь непрерывно поступает в реактор, но не отводится из него в процессе реакции, то такой реактор называется реактором полунепрерывного действия. Уравнение материального баланса для такого реактора получается из (18.3.2.5) путем устранения члена , описывающего изменение концентрации за счет отвода реагирующей смеси:

 

Билет

Выпаривание, концентрирование растворов (чаще всего твёрдых веществ в воде) частичным испарением растворителя при кипении. При этом повышаются концентрация, плотность и вязкость раствора, а также температура его кипения. При пересыщении раствора растворённое вещество выпадает в осадок. Температура кипения растворов всегда выше температуры кипения растворителей; разность между ними, называется температурной депрессией, растёт с увеличением концентрации растворённого вещества и внешнего давления.

В. производится за счёт подводимого извне тепла: при температуре ниже 200°C теплоносителем является водяной пар, выше 200°С — высококипящие жидкости (дифенильная смесь, масло) и топочные газы. Обогрев производится через стенку аппарата, а при сильно агрессивных средах — барботажем пузырьков газа сквозь раствор или распылением последнего в струе газа.

В. ведут при атмосферном, пониженном или повышенном давлении. В большинстве случаев экономически выгодно работать под давлением выше 0,1 Мн/м2 (1 кгс/см2), так как в этом случае можно использовать вторичный пар для обогрева других аппаратов. При работе с термически нестойкими веществами пользуются вакуум-выпаркой, что позволяет снизить температуру кипения растворов и уменьшить поверхность нагрева (вследствие увеличения разности температур между нагревающими агентами и кипящим раствором). Вакуум в аппаратах создаётся конденсацией вторичного пара и отсасыванием вакуум-насосом несконденсировавшейся паровоздушной смеси.

В. используется в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Существует более 80 разновидностей выпарных аппаратов с паровым обогревом. В малотоннажных производствах обычно применяют вертикальные и горизонтальные цилиндрические выпарные аппараты с обогревом змеевиками или нагревательными рубашками; в крупнотоннажных производствах — аппараты с внутренними и выносными нагревательными камерами (рис. 1), плёночные аппараты, в которых струя пара увлекает вверх тонкую плёнку раствора, в результате чего создаются благоприятные условия для В., и аппараты с принудительной циркуляцией (рис. 2). Последние применяют при необходимости предотвратить осаждение солей на поверхности нагрева, а также при упаривании вязких растворов.

В однокорпусных аппаратах расход греющего пара составляет 1,2—1,25 кг на испарение 1 кг воды. Значительно экономнее многокорпусные выпарные установки, из которых наиболее распространены прямоточные (рис. 3); в них слабый раствор и греющий пар, движущиеся в одном направлении, последовательно поступают в выпарные аппараты. В последнем аппарате, присоединённом к барометрическому конденсатору и вакуум-насосу, создаётся разрежение, вследствие чего давление и температура кипения раствора постепенно понижаются от первого корпуса к последнему; благодаря этому осуществляется переток раствора и его испарение при обогреве вторичными парами. В противоточных установках раствор и греющий пар движутся навстречу друг другу, при параллельном питании слабый раствор подаётся одновременно во все корпуса.

На практике число корпусов редко бывает больше пяти, так как дальше полезная разность температур становится очень малой. Расход греющего пара на испарение 1 кг выпариваемой воды составляет для трёхкорпусной установки 0,4 кг, а для пятикорпусной 0,25—0,28 кг. Многокорпусные выпарные установки широко применяются в многотоннажных производствах, потребляющих большое количество греющего пара (например, производство сахара).

 

56 билет

 

Гомогенные процессы, т.е. процессы, протекающие в однородной среде (жидкие или газообразные смеси, не имеющие поверхностей раздела, отделяющих части системы друг от друга), сравнительно редко встречаются в промышленности.

Типичные аппараты для проведения гомогенных процессов.

Для гомогенных реакций, проводимых в газовой среде, можно использовать реакционные

Аппараты ростого устройства,в частности, полый объем без перемешивания (например, окислительный

Объем при окислении 2NО+О2→2NО2)или с перемешиванием (например,печь с горелками при синтезе хлористого водорода).

Для процессов в жидкой фазе также используются реакционные емкости без перемешивания (баки, цистерны, котлы) и смесители с механическим (лопастные, пропеллерные и др. виды мешалок),пневматическим, струевым ,центробежным и прочими видами перемешивания.

Перемешивание обеспечивает не только получение однородных физическх смесей,

Но и интенсификацию многих реакции и идущих при этом процессов

Тепло и массообмена.При работе под давлением применяют автоклавы.

 

Скорость химических реакций

 

ии.

Гомогенные – это реакции, протекающие между веществами, находящимися в однородной среде, т. е. между ними нет границы раздела (газовая фаза, жидкая фаза). Реакции протекают равномерно по всему объему системы:

2NaOH(Ж) + H2SO(Ж) = Na2SO4(Ж) + 2Н2О(Ж).

Под скоростью химической реакции понимается изменение коли­чества вещества (моль) в единицу времени в единице реакцион­ного пространства. Для гомогенных реакций реакционное простран­ство – объем, ,моль/л∙ед. времени,.

Так как отношение количества вещества к единице объема называется концентрацией вещества (С, моль/л), то скорость гомогенного процесса равна изменению концентрации чаще исходных веществ во времени:

 

(36)

 

где – средняя скорость реакции, моль/л∙ед. времени; – измене­ние концентрации исходных веществ, моль/л; – время протека­ния процесса, с, мин и пр.

Скорость реакций зависит от ряда факторов: природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и давления процесса, наличия в системе катализатора, а в случае гетерогенных реакций – от состоя­ния поверхности раздела фаз.

 

Скорость химической реакцииэто изменение количества реагирующего вещества или продукта реакции за единицу времени в единице объема (для гомогенной реакции) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции).

Гомогенной называется реакция, протекающая в однородной среде (в одной фазе). Гетерогенные реакции протекают на границе раздела фаз, например твердой и жидкой, твердой и газообразной. Отношение количества вещества к единице объема называется концентрацией с, моль/л.

Различают среднюю и мгновенную скорости реакции. Средняя скорость реакции равна:

,

где с2и с1 – концентрации исходного вещества в момент времени t2 и t1.

Знак минус означает, что концентрация исходного вещества уменьшается. В ходе реакции изменяются концентрации реагирующих веществ и соответственно скорость реакции. Скорость реакции в данный момент времени или, мгновенная (истинная) скорость реакции, равна:

Скорость реакции принимается всегда положительной, поэтому производная исходных концентраций берется со знаком минус, а продуктов реакции – со знаком плюс.

Скорость реакции имеет единицу измерения [моль м-3 с-1], [моль л-1с-1].

Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ. Некоторые реакции протекают со взрывом, другие могут идти годами. На скорость реакции влияют такие факторы как концентрация веществ, температура, катализаторы.

 

Билет

Трубопроводная арматура — устройство, устанавливаемое на трубопроводах, котлах, аппаратах, агрегатах, емкостях, сосудах и других установках и предназначенное для управления (отключения, распределения, регулирования, сброса, смешивания, фазоразделения) потоками рабочих сред (жидкой, газообразной, газожидкостной, порошкообразной, суспензии и т. п.) путем изменения площади проходного сечения.

По функциональному назначению трубопроводная арматура подразделяется на следующие основные классы:

  • Запорная трубопроводная арматура;
  • Регулирующая трубопроводная арматура;
  • Распределительная трубопроводная арматура;
  • Предохранительная трубопроводная арматура;
  • Защитная трубопроводная арматура;
  • Фазоразделительная трубопроводная арматура.

 

Запорная арматура - это заслонки, клапаны, шаровые краны и многое другое. Эти устройства устанавливаются и используются на трубопроводных линиях для управления потоками рабочих сред путем изменения площади проходного сечения. Они присединяются к трубопроводу с помощью сварных, фланцевых, муфтовых и штуцерных соединений. Запорная арматура имеет две основные характеристики: условный проход и условное давление.

  • Условный проход - это номинальный внутренний диаметр трубопровода (мм), присоединяемого к арматуре.
  • Условное давление - это наибольшее избыточное давление при температуре рабочей среды 200C. При этом давлении обеспечивается заданный срок службы соединений, имеющих определенные размеры. Отличие рабочего давления от условного заключается в том, что при нем обеспечивается заданный режим работы запорной арматуры при наибольших избыточных нагрузках.
запорная арматура устанавливается на трубопроводах, агрегатах, сосудах и предназначена для управления потоками рабочих сред путем изменения площади проходного сечения.
Для выбра запорной арматуры необходимо знать:
1) Условный диаметр (Ду)
2) Номинальное давление (Ру)
3) Способ присоединения к трубопроводу:
- фланцевое (плоское или воротниковое)
- муфтовое
- приварное
4) Тип установки (надземная или подземная)
5) Перекачиваемя среда (класс герметичности)
6) Температура окружающей среды

 

Билет

Катализом называется изменение скорости химических реакций в результате воздействия веществ-катализаторов, которые, участвуя в процессе, остаются по окончании его химически неизменными.

Основной характеристикой катализаторов служит их активность, т. е. мера ускоряющего действия катализатора по отношению к данной реакции. Чем активнее катализатор, тем при относительно меньшей температуре можно вести процесс, что дает значительные преимущества, как экономические, так и технологические. От активности твердых катализаторов зависит их температура зажигания, т. е. та минимальная температура реагирующих веществ, при которой катализатор «работает», т.е. увеличивает скорость реакции в достаточной для практики мере.

Избирательный катализ - это катализ, при котором катализаторы могут ускорять только одну целевую реакцию из нескольких возможных. Он важен для промышленности, особенно в производстве органических продуктов.

Из одних и тех же исходных веществ в ряде случаев можно получить различные продукты ввиду протекания нескольких параллельных реакций. Избирательность (селективность) некоторых катализаторов позволяет сильно ускорять из ряда возможных только одну реакцию, проводить процесс при пониженной температуре, подавляя, таким образом, другие реакции. Применяя различные избирательные катализаторы, можно из одних и тех же исходных веществ получить различные заданные продукты. Дегидрирование изопропилового спирта в присутствии металлического серебра дает ацетон

С3Н7ОН = (СН3)2СО + Н2,

 

Билет

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.