Операцияның үздіксіздігі немесе мерзімділігі. Технологиялық үрдістер реакторлар сияқты мерзімді, үздіксіз және жартылай үздіксіз әрекетті болып бөлінеді.
Мерзімді әрекетті реакторларда реагенттер операция басында тиеледі. Берілген түрлену дәрежесіне жетуге қажетті уақыттан соң аппарат босатылады. Үрдістің негізгі көрсеткіштері (реагенттер мен реакция өнімдер концентрациясы, температура, қысым және т.б.) уақыт бойынша өзгереді. Үрдістің орташа жылдамдығын оның өнімділігімен (1 теңдеуін қара) өлшеуге болады. Шын (нақты) жылдамдық реактордың жұмыс істеген уақыты бойынша өзгереді, біріншіден, бастапқы реагенттер концентрациясының төмендеуі салдарынан (логарифмдік заң бойынша); екіншіден, үрдістің изотермиялық салдарынан (әдетте, температураның мерзім басында жоғарылап, аяғында төмендейді). Мерзімді әрекетті реакторлар толық араласуға жақын, сәйкес, жұмысының кез-келген кезеңінде барлық реакциялық көлемде бірдей температурада жұмыс істейді.
Үздіксіз әрекетті реакторлар (1 сурет) іске қосылғаннан тоқталғанға дейін үздіксіз (немесе үздіксіз үлестермен) бастапқы заттармен қоректеліп және олардан реакция өнімдері шығарылып отырады. Болу уақытына (жанасу уақытына) кері шаманы көлемдік жылдамдық V деп атайды, оны материал шығынының (яғни уақыты ішінде тиелген бұйымның көлемі Vp) пайдалы реакциялық көлемге қатынасымен анықтауға болады:
Сонымен, көлемдік жылдамдық үздіксіз әрекетті аппараттың өнімділігін сипаттай алады.
Жартылай үздіксіз әрекетті реакторлар шикізатты үздіксіз немесе тең уақыт аралықтарында белгілі үлестермен берумен, ал реакция өнімдерін мерзімді шығарумен сипатталады. Шикізатты мерзімді беріп, өнімді үздіксіз шығаруда мүмкін. Мұндай реакторлар ауыспалы тәрітпте жұмыс істейді, негізгі көрсеткіштері уақыт бойынша өзгереді.
Реагенттер қозғалысының тәртібі. Реагенттер қозғалысының тәртібі бойынша үздіксіз әрекетті реакторлардың шекті екі түрін ажыратады: идеалды ығыстырғыш және толық (идеалды) араласуын.
Идеалды ығыстырғыш реакторлар аппараттың диаметрінен, әдетте, едәуір артық болатын биіктігімен (ұзындығымен) анықталатын барлық реакциялық жолды реагенттер бір қабаттан кейін келесі қабатты тізбек араласпай, ламинарлы ағынды өтумен сипатталады. Кез келген элемент көлемінің болу уақыты орташа шығынды уақытқа тең. Теңдеу бойынша анықталады:
мұнда – аппараттың реакциялық көлемі;
Vp – реагенттердің көлемдік шығымы;
Н – реакциялық кеңістіктің биіктігі (ұзындығы);
w – толық қимаға есептелген ағынның жалған жылдамдығы.
ж/х – жылуалмастырғыш немесе хладагент; с – сұйықтық; г – газ
Колонналы: А – сұйықты жылуалмастыруымен; Б – сұйықты саптамамен; В – табақшы; Г – барботажды жылуалмастыруымен; Д – газды жылуалмастыруысыз;
Құбырлы: Е – жылу алмастыруысыз; Ж – жылуалмастыруымен
Сурет 1 – Үздіксіз әрекетті реакторлар
Идеалды ығыстырғыш реактордың қайтымсыз реакция үшін жалпы жылдамдық стехиометрияға қарсы жеткіліксіз алынған негізгі бастапқы заттың (А) түрленуі жылдамдығымен шектелген кезде, жалпы кинетикалық моделі:
Ығыстыру моделі бойынша көптеген технологиялық реакторларды есептеуге болады, мысалы, құбырларында катализатор бар контактты аппараттарды (2 сурет), шахтылы пештерді, қабықшалы абсорберлер мен десорберлерді, газды фазада гомогенді процестер үшін қуыс реакторларды, сонымен қатар, насадкалы және сұйықпен суландыратын мұнараларды.
Сурет 2 – Жанасу аппараттары
Толық араласушы реакторлар берілген уақыт кезеңінде аппаратқа түскен реагент бөлшектері қарқынды араласу әсерінен барлық бөлшектермен бірдей аппараттан бірінші болып шығу мүмкіншілігімен сипатталады. Толық араласушы реакторларда көлемнің кез келген элементі реактор ішіндегі заттармен лезде араласып кетеді, себебі реактор осі бойынша сызықты қозғалу жылдамдығынан аппарат биіктігі мен қимасы бойынша циркуляциялық қозғалыстар жылдамдығы көп есе артық. Толық араласушы реактордың физикалық моделі ретінде проперлі араластырғыш немесе басқа бір қарқынды араластырғышы бар ыдыс болады.
Бірлік араласу реакторында түрлену жоғары дәрежелерінде қозғаушы күш нөлге ұмтылғандықтан, үрдістің жылдамдығы өте төмен болады. Сондықтан өнімнің жалпы шығымы жеткілікті болу үшін араласу реакторларының каскадын қолданады. Реакторлар каскадында реакциялық қоспаның бір аппараттан екіншіге өткенде құрамы өзгереді, ал әрбір реакторда концентрациялық және температуралық өрістер градиентсіз. Реакторлар каскадын каскадтың әрбір сатысындағы барлық реттегі қайтымсыз реакция үшін каскадтың N-ші реакторынан шыққан негізгі заттың концентрациясы:
Бұл теңдеуі берілген түрлену дәрежесіне жету үшін қажетті каскадта реакторлар санын табуға мүмкіндік береді:
N > 4 кезде араласу реакторлар каскадындағы қозғаушы күш өзгеруі идеалды ығыстыру тәртібіне жақындайды.
Әдеб.: 4 нег. [119-126].
Бақылау сұрақтары:
1. Химиялық реакторға жалпы сипаттамасы.
2. Реакторларға қойылатын негізгі талаптары.
3. Реакторлардың жіктелуі.
4. Идеалды ығыстыру реакторы.
5. Идеалды араластыру реакторы.
Достарыңызбен бөлісу: |
