РЕАКТОР ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ. ВВЕДЕНИЕ. Белорусский государственный университет химический факультет

• Название: Белорусский государственный университет химический факультет
• Анкор: РЕАКТОР ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
• Дата: 01.04.2023
• Размер: 0.87 Mb.
• Имя файла: ВВЕДЕНИЕ.docx
• Тип: Реферат; #1030417

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра неорганической химии

РЕАКТОР ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Реферат

Яскевич Ксения Максимовна студентка 3 курса
специальность «фармацевтическая деятельность»

Научный руководитель:
Д.х.н. Н.В. Логинова

Минск, 2023

СОДЕРЖАНИЕ

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1 4

1.1 ЕМКОСТНЫЙ РЕАКТОР ИДЕАЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ 7

1.2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕАКТОРА ИДЕАЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ 10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13

САИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 14

ВВЕДЕНИЕ

Аппарат, в котором реализуют химическую реакцию в промышленном масштабе, называется химическим реактором. При этом производственник заинтересован в наличии такого реактора, который при данном уровне затрат производит максимум продукции, то есть, аппарат должен иметь:

- небольшой объем при высокой производительности;

- максимальный выход по продукту;

- должен легко обслуживаться.

Кроме того, при выборе химического реактора следует учитывать особенности протекающей реакции: ее скорость v, тепловой эффект ∆Н и порядок f. Понятно, что все это многообразие требований одной типовой конструкцией удовлетворить невозможно. Принято классифицировать химические реакторы по следующим четырем признакам:

1 - организация работы (периодические, непрерывные, полунепрерывные процессы);

2 - гидродинамическая структура потока (идеальное смешение или вытеснение, промежуточная модель);

3 - тепловой режим (изотермические, адиабатические, политропные);

4 - фазовое состояние смеси (жидкостные, газожидкостные, твердофазные) (ЖИЛИН)

ГЛАВА 1

РЕАКТОРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

По способу организации процесса (способу подвода реагентов и отвода продуктов) реакторы подразделяют на периодические, непрерывно-действующие и полунепрерывные (полупериодические).

Периодический процесс характеризуется последовательным, раздельным по времени протеканием стадий загрузки сырья, ввода реактора на заданный режим, проведения химического процесса, вывода реактора из рабочего режима, выгрузки прореагировавшей смеси. Иными словами, для периодического процесса в рассматриваемой точке a смеси характерно изменение параметров (например, концентрации) во времени:

С(a) = ƒ(τ)

Такие процессы называют еще нестационарными. Периодические процессы предпочтительно использовать в следующих ситуациях:

– малотоннажные производства;

– частая смена ассортимента продукции;

– малая скорость протекания реакции (присуще органическим реакциям);

– проведение лабораторных и научно-исследовательских работ

Существенным недостатком периодического процесса является трата времени на вспомогательные операции по загрузке-выгрузке, вводу на рабочий режим и выводу из него. (ЖИЛИН)

В реакторе периодического действия все отдельные стадии протекают последовательно, в разное время. Все реагенты вводят в аппарат до начала реакции, а смесь продуктов отводят по окончании процесса. Продолжительность реакции можно измерить непосредственно, так как время реакции и время пребывания реагентов в реакционном объеме одинаковы. Параметры технологического процесса в периодически действующем реакторе изменяются во времени. Между отдельными реакционными циклами в периодическом реакторе необходимо выполнить вспомогательные операции — загрузку реагентов и выгрузку продуктов. Поскольку во время этих вспомогательных операций не может быть получено дополнительное количество продукта, их наличие обусловливает снижение производительности периодического реактора. В реакторе непрерывного действия (проточном) все отдельные стадии процесса химического превращения вещества (подача реагирующих веществ, химическая реакция, вывод готового продукта) осуществляются параллельно, одновременно и, следовательно, непроизводительные затраты времени на операции загрузки и выгрузки отсутствуют. Поэтому на современных крупнотоннажных химических предприятиях, где требуется высокая производительность реакционного оборудования, большинство химических реакций осуществляют в непрерывнодействующих реакторах. В реакторе полунепрерывного (полупериодического) действия один из реагентов поступает в него непрерывно, а другой — периодически. Возможны варианты, когда реагенты поступают в реактор периодически, а продукты реакции выводятся непрерывно, или наоборот.(ЛЕКЦИИ)

Особенностью реакторов периодического действия является возможность проведения в реакторе всех стадий плёнкообразующего вещества и лёгкость перехода на разные режимы синтеза. Эти реакторы широко применяются на лакокрасочных заводах для синтеза алкидов и других плёнкообразующих веществ.

Среднюю скорость реакции в реакторах периодического действия рассчитывают по уравнению:



При синтезе плёнкообразующих веществ K=0,5÷0,8. Этим объясняется низкая объёмная производительность реакторов периодического действия, особенно при синтезе алкидов.. (интернет)

На рис.1 представлена экспериментальная установка, состоящая из реактора, в котором проводится процесс омыления этилацетата щёлочью, стационарного pHметра для контроля за ходом процесса и жидкостного термостата для поддержания заданного температурного режима реакционной смеси.



Рисунок 1 Экспериментальная установки по омылению этилацетата щёлочью: 1 – кнопка включения pH-метра, 2 – cтационарный pH-метр FiveEasyTM FE20, 3 – держатель для электрода, 4 – стеклянный электрод Kit LE409, 5 – мотор реактора, 6 – контрольный термометр, 7 – ворон

Реактор 8 представляет собой аппарат периодического действия с перемешиванием механической мешалкой 5, которая приводится в действие с помощью электронного регулятора числа оборотов. В реактор 8 помещены контрольный термометр 6 и воронка 7 для залива реагентов, он имеет отверстие для стеклянного электрода 4 pH-метра. Электрод 4 установлен в держателе 3. Теплоноситель из термостата 9 в рубашку термостатирования химического реактора 8 подаётся с помощью шланга. Для измерения рН реакционной смеси в процессе протекания химической реакции омыления эфира щёлочью используется pH-метр FiveEasyTM FE20 со стеклянным электродом Kit LE409. Функции кнопок на панели управления pHметра приведены в таблице 1.

Таблица 1 Функции кнопок на панели управления рН-метра



(КЕМРЕАКТ)

1.1 ЕМКОСТНЫЙ РЕАКТОР ИДЕАЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Корпус 1 снабжен теплообменником 2 (на рисунке – паровая рубашка) для регулирования температуры реакции, внутри установлена мешалка 3. Каково назначение мешалки? Перемешивание, во-первых, ускоряет химическую реакцию за счет более интенсивного взаимодействия реагирующх молекул. Во-вторых, оно выравнивает концентрационное и температурное поля по всему объему аппарата, что предупреждает протекание нежелательных побочных реакций в застойных или байпасных зонах. В-третьих, в гетерогенной среде перемешивание дополнительно ускоряет удаление продукта с поверхности раздела фаз, облегчая таким образом доступ к ней новых порций реагентов. Если вязкость реакционной смеси близка к вязкости воды, то используют пропеллерные мешалки, они создают осевые (параллельно оси вращения) потоки. Для более вязких смесей используют турбинные мешалки, создающие радиальные (от мешалки к стенкам реактора) потоки, а для очень вязких – якорные или рамные, они создают тангенциальные (жидкость движется по концентрическим окружностям) потоки. В реакторе стараются создать интенсивное перемешивание, чтобы попасть в турбулентный режим и приблизиться к максимальному, или идеальному, перемешиванию. В случае идеального перемешивания (смешения) в любой точке а жидкости в данный момент времени τ любой ее параметр (например, концентрация) одинаков и неизменен по величине:

C(a)τ ≠ ƒ(а)=const

В графической интерпретации независимость ее от координаты точки выглядит следующим образом:



Но во времени концентрация меняется (для реагентов уменьшается), причем в каждой точке она меняется одинаково:

(ЖИЛИН)

1.2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕАКТОРА ИДЕАЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Рисунок 2 Реактор периодического действия

РИС-П − это аппарат с мешалкой или циркуляционным насосом (рис.1), в который периодически загружают исходное сырье, перемешивают и выдерживают в течение времени, необходимого для достижения заданной степени превращения исходных реагентов. Затем исходную смесь выгружают, и реактор подготавливают к следующей операции, после чего цикл повторяется. Состав реакционной массы меняется во времени, но в каждый определенный момент времени одинаков во всех точках объема (рис. 2). Скорость химической реакции является функцией времени и, как правило, для большинства реакций с увеличением времени уменьшается (рис.2). Математическая модель РИС-П получается на основе уравнения материального баланса:



Так как концентрация реакционной массы одинакова во всех точках объема в каждый определенный момент времени, то




и

тогда


В итоге получаем:



то есть гидродинамика реактора не влияет на кинетику процесса.
Если объем реакционной смеси не изменяется в течение процесса, то



Подставляя полученное выражение в уравнение выше, получаем:



Полученное уравнение – характеристическое уравнение реактора периодического действия – позволяет определить время, необходимое для достижения заданной степени превращения.



Рисунок 3 Основные характеристики идеальных реакторов.

Время одного цикла работы РИС-П τ_п складывается из времени реакции τ, рассчитанного из уравнения (4), и времени вспомогательных операций τ_всп (время, затраченное на загрузку реагентов, выгрузку продуктов реакции, чистку и т.д.):



Объем реактора можно рассчитать по формуле:



где V_сут − суточный объем перерабатываемых материалов; α − степень заполнения реактора смесью. Можно определить также число партий продукта (циклов) в сутки:

(КЕМРЕАКТ)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Реакторы периодического действия используются в ряде отраслей промышленности, производящих небольшие количества ценных материалов, таких как культивирование клеток, синтез полимеров и кристаллизация. Для успешной эксплуатации реактора периодического действия необходимо поддерживать конечные качественные характеристики с минимальными затратами. Несмотря на то, что процесс периодического действия работает по одному и тому же рецепту, в процессе периодического действия заданные траектории изменяются от партии к партии. Поэтому онлайн-мониторинг процесса имеет важное значение для достижения успешной пакетной работы.

Было разработано несколько методов для наблюдения за переменными процесса в режиме реального времени и обнаружения аномальных операций. Метод, основанный на моделях, является наиболее традиционным способом оценки траектории работы. Он состоит из первого основного уравнения, основанного на балансе массы, и эмпирических уравнений. Хотя этот метод показывает значительную эффективность прогнозирования, он используется в ограниченных условиях, поскольку требует много времени и затрат из-за сложности. Методы, основанные на данных, могут быть альтернативой, поскольку они требуют небольшого знания процесса (Е)

САИСОК ЛИТЕРАТУРЫ