Исходные величины и физический смысл
Для исходного примера заданы Объём перемешиваемого реактора (л) — 10 л; Общий расход свежей смеси (л/с) — 1.6 л/с; Подача реагента A (моль/л) — 0.95 моль/л; Константа реакции (1/с) — 0.24 1/с. Значения относятся к одному расчётному режиму и должны быть согласованы по температуре, составу и единицам измерения. Увеличение объёма обычно меняет время контакта, но математический эффект зависит от схемы перемешивания и порядка химического превращения.
Дополнительные параметры в этой модели: Доля расхода в обходной линии (доля) (доля); Молярная масса продукта B (г/моль) (г/моль). Пользователь задаёт только параметры, которые участвуют в вычислении. Измеренная кинетическая константа должна соответствовать конкретной реакции и её закону скорости: одинаковые числа при первом и втором порядке означают разные физические скорости. Для задачи «Частичный обход реактора полного смешения с последующим объединением потоков» учитывают именно указанную схему потоков и реакции, а не усреднённый реактор.
Материальный баланс и математическая модель
Формула расчёта: Cобх=fC₀+(1−f)C₀/[1+kV/((1−f)Q)]. Она описывает принятую схему движения вещества и служит связью между входной подачей, превращением и составом выхода. Обходная линия пропускает часть исходного вещества без превращения, поэтому конверсия смеси после объединения меньше конверсии обработанной струи. Полный материальный баланс учитывает оба выхода. Для проверки полезно убедиться, что вычисленный расход израсходованного реагента не превышает количество, поступающее с внешним свежим потоком.
При расчёте «Частичный обход реактора полного смешения с последующим объединением потоков» концентрации приводятся к моль/л, а объёмные расходы — к л/с. Для проточной аппаратуры поток вещества равен произведению концентрации на объёмный расход. Там, где присутствует возврат или промежуточная подача, необходим отдельный баланс смешения: нельзя механически подставлять объёмный расход внешнего питания вместо фактического внутреннего расхода.
Контрольные числа и сравнение двух режимов
В первом контрольном опыте вычислено «Конверсия обработанного потока, %» = 66.6667 и «Общая конверсия после смешения, %» = 50. Эти значения получены из полного набора полей формы; отдельное изменение только одного исходного числа позволяет проследить чувствительность результата без смешения нескольких причин.
Во втором контрольном опыте параметр «Объём перемешиваемого реактора (л)» меняется с 10 на 20.7. Тогда показатель «Конверсия обработанного потока, %» становится равным 80.5447. Остальные данные оставлены неизменными. Такое сравнение особенно полезно для подбора режима, но не учитывает возможную одновременную перестройку температуры, гидродинамики или свойств катализатора в настоящем аппарате.
Границы применимости и контроль достоверности
Для этой постановки приняты следующие ограничения: Байпас не реагирует и не обменивается веществом с реактором до точки смешения, первый порядок и неизменная плотность. В промышленных реакторах могут возникать застойные зоны, обратное перемешивание, неодинаковая температура и побочные реакции. Калькулятор не выводит подобные явления из одних только концентрации, объёма и расхода. При выходе за область допущений модель следует расширить или заменить.
Проверка решения начинается с материального баланса: вещество не должно возникать из ничего, отрицательные концентрации недопустимы, а конверсия необратимого пути находится между нулём и ста процентами. Для реакций с несколькими продуктами сумма их молярных потоков должна соответствовать использованной стехиометрии. Отдельно проверяйте ограничения равновесия и не путайте суммарную конверсию с выходом нужного продукта. В модели «Частичный обход реактора полного смешения с последующим объединением потоков» дополнительно сверяют расчётный показатель «Конверсия обработанного потока, %» с технологическим балансом.
Формула расчёта
Cобх=fC₀+(1−f)C₀/[1+kV/((1−f)Q)]
Проверенные примеры
Объём перемешиваемого реактора (л) = 10 л; Общий расход свежей смеси (л/с) = 1.6 л/с; Подача реагента A (моль/л) = 0.95 моль/л; Константа реакции (1/с) = 0.24 1/с; Доля расхода в обходной линии (доля) = 0.25 доля; Молярная масса продукта B (г/моль) = 50 г/моль
Конверсия обработанного потока, % = 66.6667; Общая конверсия после смешения, % = 50; A в смешанном выходе, моль/л = 0.475; Расход реактора, л/с = 1.2; Производство B, г/с = 38
Объём перемешиваемого реактора (л) = 20.7 л; Общий расход свежей смеси (л/с) = 1.6 л/с; Подача реагента A (моль/л) = 0.95 моль/л; Константа реакции (1/с) = 0.24 1/с; Доля расхода в обходной линии (доля) = 0.25 доля; Молярная масса продукта B (г/моль) = 50 г/моль
Конверсия обработанного потока, % = 80.5447; Общая конверсия после смешения, % = 60.4086; A в смешанном выходе, моль/л = 0.376119; Расход реактора, л/с = 1.2; Производство B, г/с = 45.9105
Объём перемешиваемого реактора (л) = 10 л; Общий расход свежей смеси (л/с) = 3.312 л/с; Подача реагента A (моль/л) = 0.95 моль/л; Константа реакции (1/с) = 0.24 1/с; Доля расхода в обходной линии (доля) = 0.25 доля; Молярная масса продукта B (г/моль) = 50 г/моль
Конверсия обработанного потока, % = 49.14; Общая конверсия после смешения, % = 36.855; A в смешанном выходе, моль/л = 0.599877; Расход реактора, л/с = 2.484; Производство B, г/с = 57.9803
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Введите «Объём перемешиваемого реактора» (л) в допустимом диапазоне.
- Введите «Общий расход свежей смеси» (л/с) в допустимом диапазоне.
- Введите «Подача реагента A» (моль/л) в допустимом диапазоне.
- Введите «Константа реакции» (1/с) в допустимом диапазоне.
- Введите «Доля расхода в обходной линии» (доля) в допустимом диапазоне.
- Введите «Молярная масса продукта B» (г/моль) в допустимом диапазоне.
- Проверьте физические допущения и выходные показатели.