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.