Реактори Ідеального витіснення (рів)

До реакторів, що працюють за моделлю РІВ, належать апарати колонного та трубчатого типу. Відповідно до моделі РІВ вважають, що реагуючі частинки рухаються вздовж осі реактора рівномірно і прямолонійно, повздовжнє та поперечне перемішування потоку реакційної системи відсутнє Такі умови виконуються лише тоді, якщо рух потоку є сталим. Отже, реактори типу РІВ можуть бути тільки безперервної дії. Якщо умовно виділити елементарний об’єм реакційної суміші, то його рух в реакторі схожий на переміщення механічного поршня, який повністю витіснює реагуючі частинки, що знаходяться перед ним.

За цих умов ефективний коефіцієнт дифузії, який охоплює турбулентну та конвективну складові, наближається до нуля, а дифузійний критерій Пекле має безмежно велике значення • Тому за довжиною (висотою) реактора зменшення концентрації вихідного реаґенту й швидкості реакції та зростання ступеня перетворення відбуваються плавно.

модель РІЗ ґрунтується на допущенні про безградієнтність, тобто відсутність різниці між параметрами середовища та показниками процесу в усьому об’ємі реактора у кожен момент часу. Це можливо лише за ідеальних умов перемішування (чого в реальних реакторах досягнути дуже важко), тому назва моделі таких реакторів - реактор ідеального змішування.

Режим ідеального змішування, а в реальних реакторах режим, що наближується до нього, забезпечується дуже інтенсивним перемішуванням реакційного середовища механічними мішалками, циркуляційними насосами або стисненим повітрям. Тому РІЗ умовно зображаються як ємнісний реактор з мішалкою або значно рідше з циркуляційним насосом чи пневматичним перемішуванням. Хоча у РІЗ, як зазначалось, значення параметрів реакційної суміші (С_А, и_А, Хл) у певний момент часу є однаковими в реакційному просторі, але характер їх зміни під час перебігу хіміко-технолоґічного процесу залежить від характеру роботи реактора в часі.

Реактор ідеального змішування періодичної дії (різ-п)

У РІЗ-П хіміко-технолоґічний процес відбувається у замкненій системі: спочатку завантажують вихідні реагенти, а продукти реакції вивантажують лише після закінчення процесу. Під час реакції жодні речовини в реактор не вводяться і не виводяться із нього. Отже, протікання речовин через реактор під час реакції немає, тому РІЗ-П належить до непроточних реакторів. У зв’язку з цим можна вважати, що лінійна швидкість потоку через реактор дорівнює нулю. Відтак у рівнянні матеріального балансу відсутні гідродинамічні складові, які враховують прихід та витрату речовин з матеріальними потоками (ДСлгідр = 0).

За перебігу реакції у закритому об’ємі сумарна маса реакційного середовища у реакторі є сталою, але її якісний і кількісний склад (концентрації реаґентів і продуктів) є змінним і залежить лише від тривалості здійснення процесу. Швидкість процесу у РІЗ-П у часі буде падати, бо зменшуються концентрації реаґентів.

Очевидно, що оскільки швидкість реакції є функцією від концентрації реаґенту, то залежності їх від часу матимуть схожий характер (рис. 3.6,а,б). Відповідно і зміна ступеня перетворення, який також визначається за концентрацією реаґенту у певний момент часу, матиме подібний, але обернений до перших двох параметрів, вигляд (рис. 3.6,в).

Оскільки параметри реакційного середовища (С_А, иа, х_а) є змінними у часі, то реактор періодичної дії належить до нестаціонарних. Разом з тим у РІЗ-П реалізується режим ідеального перемішування, тому в певний момент часу параметри процесу є однаковими у будь-якій точці реакційного об’єму (рис. 3.7). Реакція у РІЗ-П відбувається у нестаціонарному режимі, тому рівняння матеріального балансу, в якому відсутні гідродинамічні складові, для реакційного об’єму записують у диференціальній формі

Використовують РІЗ-П переважно в малотоннажних виробництвах, у гнучких технологічних процесах, зокрема, для одержання реактивів і особливо чистих речовин, лікарських препаратів, барвників тощо.