Реактор идеального вытеснения

(РИВ)

1.Цель работы:

изучение влияния гидродинамического режима на показатели процесса. Исследование кинетических закономерностей при моделировании выбора и расчета реактора. Моделирование процесса и расчет параметров для разных режимов для идеальной модели. Определение степени отклонения от идеальности. Влияние условий проведения процесса на степень отклонения. Сравнение и анализ данных, полученных при проведении одной и той же реакции в реакторах вытеснения с реактором смешения периодическим.

Исследование реактора вытеснения проводится на примере реакции второго порядка - омыление этилового эфира уксусной кислоты (этилацетата) щелочью:

2. Описание экспериментальной установки

Установка состоит из трех частей: системы хранения исходных реагентов и подачи их в реактор; собственно реактора и контрольно-измерительной аппаратуры. Исходные реагенты с заданными расходами подаются в реактор 8 (рис. І) из емкости 3 (0,1 моль/дм раствор этилацетата и 0,1 моль/дм раствор NaOH). Над растворами в емкостях находится сжатый воздух, нагнетаемый микрокомпрессором І до 0,02 мПа, с помощью которого и осуществляется подача растворов в реактор.

Рис. 1 Схема установки РИВ

І -компрессор; 2 - манометр; 3 - напорные склянки; 4 - капилляры; 5 - краны; 6 смеситель; 7-пробоотборники; 8 - змеевик РИВ; 9 - отвод для измерения расхода; 10 - кожух РИВ

Давление в емкостях регулируется задатчиком микрокомпрессора и поддерживается на постоянном уровне, контроль за давлением осуществляется с помощью манометра 2. Необходимая скорость подачи реагентов устанавливается с помощью сменных капиллярных трубок разной длины, расположенных в линиях подачи этилацетата и NaOH из емкостей 3. Реактор вытеснения 8 представляет собой секционированные стеклянные трубки с рубашками, что позволяет термостатировать реактор путем подачи теплоносителя из термостата в рубашку реактора. Для измерения концентрации реагентов на входе в реактор и между его секциями сделаны специальные отверстия, которые закрываются резиновыми мембранами 7.

3. Порядок проведения работы:

а) установить необходимое соотношение реагентов с помощью сменных капилляров 4;

б) заполнить емкости 3 этилацетатом и NaOH;

в) подать сжатый воздух и с помощью регулятора на микрокомпрессоре установить давление;

г) открыть краны на линиях подачи реагентов в реактор;

д) замерить суммарную подачу реагентов путем измерения объема выходящей реакционной смеси за определенный промежуток времени;

е) измерить концентрацию реагентов в точках отбора проб;

ж) произвести измерение соотношения реагентов, которые поступают. Для этого повторить измерение суммарной подачи реагентов, а потом перекрыть подачу на линии входа одного из реагентов и сделать измерение подачи.

4. Методы контроля:

Концентрация этилацетата в реакционной смеси определяется газохроматографическим методом. При уменьшении концентрации этилацетата по длине реактора возрастает концентрация этилового спирта. По соотношению этилацетата к спирту в разных точках реактора проводится анализ работы трубчатого реактора соответственно с заданием.

5. Методы расчета:

Начальные концентрации щелочи и этилацетата рассчитываются, исходя из концентрации реагентов в исходных растворах, соотношением их объемных расходов и степени превращения на входе в реактор. Объем реактора рассчитывают по формуле:

,

где d-внутренний диаметр реактора.

Время пребывания реагентов в реакторе определяют по формуле:

,

где Vp-объем реактора, дм ; Vc-объемный расход реагентов, дм /ч.

Концентрация этилацетата рассчитывается с учетом его начальной концентрации и количества этилацетата, который пошел на реакцию.

Последнее эквивалентно количеству образовавшегося спирта. Степень превращения реагентов определяют по формуле:

.

6. Задача:

а) определить изменение концентрации и степень превращения этилацетата и NaOH по длине реактора. При проведении эксперимента варьируют:

- общий объемный расход реагентов;

- соотношение объемного расхода NaOH к этилацетату, т.е. начальные концентрации NaOH и этилацетата;

б) Смоделировать процесс омыления этилацетата в реакторе идеального вытеснения. При составлении математического описания процесса принять уравнение для идеального реактору:

И кинетическое уравнение

_.

При сильном разбавлении реакцию омыления этилацетата считать практически необратимой. Значение константы скорости берут из литературных источников или определяют экспериментально в работе “PEAКTOP ИДЕАЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИЙ”;

в) определить степень отклонения от идеальности для некоторой степени превращения сравнением времени пребывания в реальном реакторе, рассчитанном по экспериментальным данным (или объемом реального реактора ), со временем пребывания в идеальном реакторе , рассчитанном теоретически по модели. Построить зависимость степени отклонения от идеальности или от степени превращения при постоянной скорости подачи реагентов.

7. Оформление работы:

а) начальные и полученные экспериментальные данные сводят в таблице 1 и 2

Таблица 1- Исходные данные

№№	Наименование	Единица измерения	Значение
1.	Расход 0,1 моль/дм NaOH	дм /ч
2.	Расход 0,1 моль/дм этилацетата	дм /ч
3.	Начальная концентрация NaOH на входе в реактор	моль/ дм
4.	Начальная концентрация этилацетата на входе в реактор	моль/дм

Таблица 2- Результаты эксперимента

№№	Расстояние от входа в реактор	́Объем части реактора от входа до точки измерения	Время пребывания реагентов в реакторе, минут	Концентрация в растворе	Степень превращения
Этил- ацетата СЕА	Щелочи CNaOH	Этил- ацетата ХЕА	Щелочи ХnaOH

б) построить графики изменения концентрации NaOH, степени превращения этилацетата и NaOH по длине реактора, зависимость степени отклонения от идеальности при разных степенях превращения. На основании полученных данных сделать выводы о выборе условий ведения процесса.