Химико-технологический процесс (ХТП) как система. Математическое описание структуры потоков в аппарате.

28. Сущность методов исследования потоков:

Сущность указанных методов заключается в том, что на входе потока в аппарат вводят индикатор, а на выходе измеряют его концентрацию как функцию времени. Полученная выходная кривая называется функцией отклика системы на типовое возмущение по составу потока. В качестве индикаторов обычно используются красители, растворы солей и кислот, изотопы и др. вещества.

29. Характеристики функции РВП:

Функция распределения времени пребывания может быть охарактеризована числовыми характеристиками – моментами. Обычно используют размерные моменты нулевого M_o, первого M₁ и второго M₂ порядков. Общая формула для нахождения размерных моментов:

M_s= ,

Где S- порядок момента, - дифференциальная функция распределения времени пребывания. Тогда

M₀= M₁= M₂=

30. Типовые модели структуры потоков:

К типовым моделям относится модель идеального перемешивания (МИП) и модель идеального вытеснения (МИВ). Эти модели теоретические и соответствуют идеальным потокам, однако, в ряде случаев их можно использовать для характеристики реальных потоков. К типовым моделям структуры потоков также относятся диффузионная, ячеечная и комбинированные модели. Эти модели характеризуют реальные потоки и при предельных условиях переходят в одну из теоретических моделей – МИВ и МИП.

Модель идеального перемешивания:

Согласно этой модели принимается, что поступающий в аппарат поток мгновенно распределяется по всему объему вследствие полного перемешивания частиц потока. При этом концентрация распределенного вещества во всех точках зоны идеального перемешивания и в потоке на выходе из него одинакова.

Модель идеального вытеснения:

В соответствии с моделью идеального вытеснении принимается поршневое движение потока без перемешивания вдоль потока, при равномерном распределении концентрации вещества в направлении, перпендикулярном движению. При этом время пребывания всех элементов потока в зоне идеального вытеснения одинаково и равно отношению объема зоны вытеснения к объемному расходу жидкости τ = V/v.

Однопараметрическая диффузионная модель:

Модель предполагает, что поток движется в режиме идеального вытеснения, но в нем происходит продольное перемешивание.

Ячеечная модель:
Основывается на том, что движущийся поток рассматривается состоящим из ряда последовательно соединенных ячеек. При этом принимается, что в каждой ячейке поток имеет структуру идеального перемешивания, а между ячейками перемешивание отсутствует.

31. Параметр, от которого зависит количество уравнений в ячеечной модели:

Число ячеек n отражает степень перемешивания в аппарате и, следовательно, его роль в ячеечной модели аналогична критерию Пекле в диффузионной модели. При определении числа ячеек в ряде случаев можно воспользоваться формальной аналогией между числом Пекле Ре и величиной n. Между этими параметрами существует связь, которая выражается зависимостью

n= =

32. Проверка адекватности модели:

По расположению кривых можно судить об адекватности модели. Если кривые расположены достаточно близко друг к другу, то можно сказать, что модель адекватна структуре потока. Иначе модель выбрана неправильно, и все вычисления надо произвести вновь, начиная с этапа выбора модели.

6. Математическое моделирование кинетики химических реакций:

33. Изучения химической кинетики:

Химическая кинетика – раздел химии, который изучает скорость химической реакции и факторы, влияющие на неё.

34. Скорость химической реакции, запись уравнения скорости, знаки «+», «-»:

Количественной характеристикой, которая определяет динамику процесса химического превращения, является скорость реакции. Скорость химической реакции – это изменение числа молей одного из компонентов в единицу времени в единице объема:

W=

Где V– объём, N- число образовавшихся или прореагировавших молей; t - время.

Знак «+» указывает, что концентрация вещества накапливается в результате реакции, знак «-»,что убывает.

Запишем стехиометрическое уравнение реакции:

А+В С

35. Прямая задача кинетики:

Прямая задача заключается в получении кинетических кривых по известным механизмам реакций и уравнениям кинетики при заданных значениях констант скоростей реакции.

Необходимо по известному механизму, заданным константам скоростей, начальным значениям концентраций веществ получить кинетические кривые (зависимости концентраций веществ во времени).