10- mavzu:
Kimyoviy reaktorlar nazariyasining umumiy tavsifi.
Reja:
1. Umumiy tavsifi.
2. Reaktorlardagi oquvchan zarrachalarni apparatda bo‘lish vaqtini taqsimlanishi.
3. Reaktorlarda issiqlik ajralishini jadalligi.
Kimyoviy reaktor-kimyoviy reaksiya va unga bog'liq jismoniy jarayonlarni
amalga oshiradigan texnologik sxemaning asosiy apparati.
Zamonaviy kimyoviy reaktor-kimyoviy va jismoniy jarayonlarni o'tkazish,
tezlashtirish va nazorat qilish uchun turli operatsiyalarni bajaradigan ko'plab
qurilmalar va mexanizmlarga ega murakkab qurilma. Har qanday kimyoviy
reaktorda yuklash va tushirish qurilmasi, jarayonning issiqlik rejimini saqlab qolish
uchun issiqlik almashinuvi qurilmalari, ommaviy almashinuvni ta'minlash uchun
aralashtirish yoki boshqa qurilma, nazorat va o'lchash asboblari tizimi va boshqa
qurilmalar mavjud.
Reaktor umumiy va texnologik parametrlar to'plami bilan tavsiflanadi.
Umumiy parametrlar reaktorning hajmi, diametri, balandligi, quvurlar soni, plitalar
va boshqalar.texnologik parametrlar kompozitsiya, harorat, oqim tezligi va
boshqalar. reaktivlar (kirish parametrlari) va mahsulotlar (chiqish parametrlari),
shuningdek issiqlik va sovutish parametrlari.
Reaktorning statsionar (o'rnatilgan) va statsionar bo'lmagan usullari mavjud.
Reaktorda statsionar rejimda modda yoki issiqlik to'planmaydi,ya'ni reagentlar
kontsentratsiyasi va vaqt harorati nolga teng.
Non-statsionar rejimda reaktorda modda yoki issiqlik to'planadi. Ruxsat
etilgan rejim doimiy rejimda ishlaydigan reaktorlarga xosdir – statsionar
bo'lmagan-davriy reaktorlar uchun yoki boshlang'ich yoki to'xtash bosqichida
doimiy reaktorlar uchun.
Har bir ishlaydigan reaktor ma'lum kontsentratsion va harorat rejimiga ega.
Konsentratsion rejim-reaktorning hajmi (uzunligi) yoki vaqtida reagentlarning
optimal konsentratsiyasini saqlash. Harorat rejimi reaktorning hajmi (uzunligi)
yoki vaqtida optimal haroratni saqlab turishdir.
Sanoat reaktorlarining asosiy talablari:
oliy ishlash
yuqori selektivlik
kam energiya xarajatlari
texnologik rejimni tartibga solish va o'rnatishning ishonchliligi
oson parvarishlash
ish xavfsizligi
arzon narxlardagi.
Reaktorning samaradorligi uning dizayni va jarayonning amalga oshirish
rejimiga bog'liq. Reaktorning ishlashi quyidagi ko'rsatkichlar bo'yicha baholanadi:
ishlash
tezlik(o'rtacha tezlik, o'ziga xos ishlash)
tarmoqli kengligi
samaradorlik - reaktorning haqiqiy hajmiga optimal rejimda ishlaydigan
hajm, reaktorning nisbati.
Kimyoviy reaktorlarning tasnifi
1)jarayoni tashkiliy tuzilishi (xomashyo yetkazib berish va mahsulot ajratish usuli
bilan):
uzluksiz reaktorlar
davriy reaktorlar
yarim-davriy yoki yarim-portlovchi reaktorlar.
Davriy reaktorlar jarayonning barcha bosqichlarini tugatish joyining birligi
bilan tavsiflanadi. Xom-ashyo reaktorga tushiriladi va ma'lum vaqtdan so'ng
reaktsiya mahsulotlari chiqariladi, keyin barcha operatsiyalar takrorlanadi. Reaktor
davriy ravishda ishlaydi. Bir tsikl vaqti teng
τ
цикла
= τ
хим.р.
+ τ
вспомог. операций
.
Vaqti-vaqti bilan reaktorlarning ishlash tartibi beqaror bo'lgani uchun
mahsulot sifati partiyadan partiyaga o'zgaradi. Reaktor partiyasi past ishlashi,
yuqori moddiy va energiya quvvatiga ega, ular avtomatlashtirish qiyin. Ushbu
reaktorlarning afzalliklari past narx va katta iqtisodiy moslashuvchanlikdir. Ushbu
turdagi reaktorlar keng turdagi mahsulotlarni ishlab chiqarish uchun, shuningdek,
jarayon usullarini ishlab chiqish va kinetik naqshlarni o'rganish uchun ajralmas
hisoblanadi.
Uzluksiz reaktorlar (oqim) - bu reaktorlardir, unda xom ashyo doimiy
ravishda yuklanadi va mahsulotlar doimiy ravishda tushiriladi; jarayonning barcha
bosqichlari parallel va bir vaqtning o'zida amalga oshiriladi. Ushbu reaktorlarda
reaktsiya vaqtini to'g'ridan-to'g'ri o'zgartirish mumkin emas, shuning uchun
reaktorda reaktorlarning shartli muddati tushunchasi qo'llaniladi.
bu нerda V
p
-reaktorning hajmi (m3);
v
ob
. - xom ashyoni etkazib berish tezligi (m3 / s)
Oqim reaktorlari yuqori mahsuldorlik, statsionar ish, mahsulot sifati bilan
ajralib turadi, energiyani oqilona ishlatish, jarayonni avtomatlashtirish oson.
Ularning kamchiliklari-bu ishga tushirish va o'rnatishning qiyinchilikidir, shuning
uchun katta tonajli ishlab chiqarishda oqim reaktorlari ishlatiladi.
Yarim tayyor va yarim-davriy reaktor reaktorning uzluksiz va davriy
tashkilotining turli xil birikmalaridir.
Gidrodinamik rejim bo'yicha:
aralash reaktorlari
repressiya reaktorlari.
Aralash reaktorlarida reaktivlarni konvektiv o'tkazish intensiv aralashtirish,
masalan, mexanik aralashtirish yoki aylanma nasos bilan sodir bo'ladi.
Reaktorlarda hech qanday aralashtirish yo'q va reaktorlarning konvektiv
o'tkazilishi reaktor o'qi bo'ylab reaksiya aralashmasi oqimining yo'nalish harakati
bilan amalga oshiriladi.
Birinchi holda, konvektiv transferning intensivligi aralashtirgichning
aylanish tezligi, ikkinchisida-oqimning chiziqli tezligi bilan belgilanadi.
Issiqlik rejimida:
adiabatik
izotermik
siyosiy
Adiabatik reaktorlarda atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvi mavjud emas
va reaktsiyaning barcha issiqlik ta'siri reaktsiya aralashmasining harorati
o'zgarishiga sarflanadi. Bu ideal reaktor; bunday issiqlik rejimi deyarli amalga
oshirilmaydi.
Izotermik reaktorlarda bunday issiqlik almashinuvi atrof- muhit bilan
ta'minlanadi, bu reaktsiyaning to'liq termal ta'sirini qoplaydi. Natijada, reaksiya
aralashmasining harorati qat'iy barqaror bo'lib qoladi. Bu ham ideal reaktor;
amalda buni amalga oshirish juda qiyin. Reaktorlar izotermik rejimga yaqin bo'lib,
unda juda kam issiqlik effektlari yoki juda kam reaktsiya tezligi bilan ishlaydigan
jarayonlar, shuningdek, reaktivlar kontsentratsiyasi kichik bo'lgan eritmada yuzaga
keladigan jarayonlar va issiqlik katta miqdorda hal qiluvchi tomonidan
to'planadi.Ishning haqiqiy sharoitlariga yaqinroq bo'lgan politropik reaktorning
modeli bo'lib, unda kimyoviy reaktsiyaning termal ta'siri atrof – muhit bilan
issiqlik almashinuvi va qisman reaksiya aralashmasining haroratidagi o'zgarishlar
tufayli qisman qoplanadi.
Reaksiya aralashmasining o'zgarishlar tarkibiga ko'ra:
bir hil jarayonlar uchun reaktorlar (gaz va suyuq fazalar)
heterojen jarayonlarni amalga oshirish uchun reaktorlar
heterojen-katalitik jarayonlar (aloqa apparatlari) uchun reaktorlar.
Konstruktiv xususiyatlarga ko'ra:
kapasitiv reaktorlar
ustunlar
quvur reaktorlari
pechlar (yuqori haroratli jarayonlar uchun reaktorlar) va boshqalar.
Reaktorning moddiy balansi
Moddiy muvozanat-reaktorda yoki jarayonda moddaning kelishi va
sarflanishi tengligi. Moddiy balanslarni tuzishning nazariy asoslari M. I.
Lomonosovning moddalarini saqlash qonunidir.
Reaktorning moddiy muvozanatini tuzamiz, unda oddiy qaytarilmas
reaktsiya A → S sodir bo'ladi.
Reaktorga bir vaqtning o'zida kiradigan reagentning massasi reaktorda bir vaqtning
o'zida iste'mol qilinadigan reaktiv a massasiga teng.
m
А приход
= m
Арасход
Reaktiv a kimyoviy reaktsiyaga sarflanadi, reaktorning bir qismi reaktordan
chiqadi, bir qismi reaktivda o'zgarishsiz qoladi (to'planadi).
m
Арасход
= m
А хим.р.
+ m
А сток
+ m
А накопл.
m
А приход
= m
А хим.р.
+ m
А сток
+ m
А накопл.
m
А приход
- m
А сток
= m
А хим.р.
+ m
А накопл.
m
А приход
- m
А сток
= m
А конвек.
– A reagent massasi,
Bunda m
А накопл.
= m
А конвек.
- m
А хим.р.
Reaksiya oqimida o'zgarishsiz qolgan a reagent massasi konvektiv oqim bilan olib
boriladigan moddaning massasi va kimyoviy reaktsiyaga sarflangan a moddaning massasi
o'rtasidagi farqga teng. Bu umumiy shaklda moddiy muvozanat tenglamasi.
Reaktorning kontsentratsiyasi reaktor hajmining turli nuqtalarida yoki vaqtida doimiy
bo'lmasa, reaktorning butun hajmi uchun umumiy shaklda moddiy muvozanatni tuzish mumkin
emas. Bunday holda reaktorning boshlang'ich hajmi uchun moddiy muvozanat hosil bo'ladi.
Ushbu moddiy muvozanatning asosi konvektiv transfer tenglamasi
bunda
С
А
– концентрация реагента А в реакционной смеси;
x,y,z
– пространственные координаты;
W
x
, W
y
, W
z
– составляющие скорости потока;
D
– коэффициент диффузии;
r
A
– скорость химической реакции.
- a reaktivining kontsentratsiyasining elementar hajmdagi vaqtdagi o'zgarishini
tavsiflaydi va moddiy muvozanatning umumiy tenglamasida ma to'planishiga mos keladi.
reagent kontsentratsiyasining o'zgarishini aks
ettiradi, chunki uni umumiy oqim yo'nalishiga mos keladigan yo'nalishga o'tkazish.
| 