Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ НА ВЫХОД ПРОДУКТА В БЫСТРОЙ СЛОЖНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

Суворова В.С. 1 Татаренкова Д.В. 1 Тишин О.А. 1 Мокрецова И.С. 1
1 Волжский политехнический институт, филиал Волгоградского государственного технического университета
1. Тишин О.А. К вопросу об изучении кинетики химических реакций в проточных аппаратах / О.А. Тишин, Н.В. Тябин, А.П. Дарманян // Журнал прикладной химии. – 1985, – VIII. №9. – С. 2046-2050.
2. Тишин, О.А. Исследование качества перемешивания жидких сред в статических смесителях / О.А. Тишин, Н.В. Тябин, А.П. Дарманян, С.Н. Романов // Журнал прикладной химии. – 1988. – т.61, №9. – С.2028-2032.
3. Тишин, О.А. Экспериментальное исследование микроперемешивания в центробежных статических смесителях и интенсификация перемешивания с их помощью / О.А. Тишин, Н.В. Тябин, А.П. Дарманян, С.Н. Романов // 6-ая Европейская конференция по перемешиванию. – Павия, Италия, 1988. – C. 183-190.
4. Тишин О.А. Определение условий предварительной смешанности в аппаратах с мешалками / О.А. Тишин, И.Н. Дорохов // Журнал прикладной химии. – 2002. – т.75, № 11. – С.1877-1880.
5. Тишин О.А. Определение условий обеспечивающих в аппаратах с мешалками распределение времени пребывания, соответствующее модели идеального перемешивания / О.А. Тишин, И.Н. Дорохов, А.Ф. Качегин // Известия ВУЗов Химия и химическая технология. – 2002. – т.45, вып.5. – С. 70-73.
6. Тишин, О.А. Выбор числа оборотов перемешивающего устройства в аппарате с мешалкой / О.А. Тишин, А.В. Девкин // Известия Волгограского государственного технического университета. Серия «Реология, процессы и аппараты химических технологий». – 2010. – № 1(61). – С.89-92.
7. Тишин, О.А. Экспериментальное исследование процесса перемешивания в аппарате с мешалкой / О.А. Тишин, Т.В. Островская, А.В. Девкин // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия «Реология, процессы и аппараты химических технологий» Вып. 5 Сб. научн. ст. – Волгоград: ВолгГТУ, 2012. – №1, С. 88-90.
8. Verschuren, I.L.M, J.G. Wijers, and J.T.F. Keurentjes Effect of mixing on the product quality in semi-batch stirred tank reactors, A.I.Ch.E. J. (2001), v47, (6), p.661-665.
9. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш М.В. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета. – Л.: Химия, 1984. – 336 с.

Настоящая работа является продолжением исследований по влиянию перемешивания на протекание химических реакций [1-7]. В серии предыдущих работ было показано, что в случае проведения в аппарате с мешалкой быстрых реакций наблюдается локализация зоны химической реакции вблизи зоны дозирования, размеры этой зоны малы по сравнению с объемом всего реактора и зависят от величины энергии рассеиваемой в единице массы перемешиваемой жидкости [5-6]. В том случае когда в реакторе осуществляются конкурирующие реакции сильно отличающиеся константами скоростей на продолжительность процесса химического превращения существенное влияние оказывают процессы массопереноса. Несмотря на существенное различие в константах скоростей количество реагента, дозируемого в реактор, расходуемого в параллельных реакциях одного порядка. Время в течение которого существуют глобулы содержащие дозируемый реагент исчисляется долями секунды [7]. Это означает, что весь дозируемый в реактор реагент расходуется в пределах зоны реакции.

Все вышесказанное позволяет представить весь объем реактора в виде двух зон. Первая зона – это зона дозирования, которую можно представить как трубы, в которой движется жидкость с диспергированными в ней глобулами дозируемого реагента. Предварительно растворенные в сплошной фазе реагенты за счет массопереноса транспортируются к внешней поверхности глобул. Реагенты быстрой реакции реагируют между собой в зоне близкой к этой поверхности. Реагент медленной реакции попадает во внутрь глобулы и в ее объеме реагирует с дозируемым реагентом. Весь дозируемый реагент расходуется в пределах зоны дозирования.

Вторая зона представляется как своеобразный усреднитель. В его объеме происходит выравнивание концентраций предварительно растворенных реагентов и продуктов реакций. Общение между зонами обеспечивается за счет циркуляционного потока создаваемого перемешивающим устройством. В первую зону поступается не весь циркуляционный поток создаваемый мешалкой, но только его часть. Величина циркуляционного потока поступающего в зону реакции определяется площадью поперечного сечения зоны реакции местной скоростью движения перемешиваемой жидкости через сечение.

Была разработана математическая модель реактора, представляющая собой систему уравнение по каждому участнику событий, вида:

fprm1.wmf.

Эта система формируется на основе использования законов сохранения субстанции и с применением блочного принципа построения моделей. В эти уравнения в обязательном порядке входят причинно-следственные связи, влияние которых на поведение объекта необходимо исследовать. Система уравнений сохранения дополняется начальными и граничными условиями, набором ограничений на пределы изменения параметром:

fprm2.wmf.

Подсистема базовых уравнений сохранения дополняется подсистемой уравнений для расчета различных кинетических коэффициентов, входящих в подсистему базовых уравнений, в граничные и начальные условия (константы скоростей химических реакций, коэффициенты массообмена на границе раздела фаз и др.)[9].

Исследуемая система представляет собой химические реакции нейтрализации и омыления этилхлорацетата (ЭХА). Кинетическая схема реакций [8]:

fprm3.wmf

fprm4.wmf

Константы скоростей реакции нейтрализации: fprm5.wmf, м3/моль с, и реакции омыления ЭХА: fprm6.wmf, м3/моль с.

Результаты расчетов показали, что значительное влияние на выход в сложной реакции влияют условия перемешивания. Скорость вращения мешалки оказывает сильной влияние на долю щелочи расходуемой в реакции омыления. Изменение скорости вращения мешалки существенно изменяет величину циркуляционного потока создаваемого перемешивающим устройством. Результаты расчетов показали, что соотношение величины τ представляющей отношение циркуляционного потока к потоку дозирования тоже влияет на выход спирта ψ (см. рисунок). Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными работ [8].

him3.tif

Влияние соотношения расходов τ на выход спирта ψ


Библиографическая ссылка

Суворова В.С., Татаренкова Д.В., Тишин О.А., Мокрецова И.С. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ НА ВЫХОД ПРОДУКТА В БЫСТРОЙ СЛОЖНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3-3. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=15075 (дата обращения: 19.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074