Reactor chimic CSTR

Element principal: reactor chimic .

Reprezentarea schematică a unui reactor CSTR

Un reactor chimic CSTR ( Reactor cu rezervor cu flux continuu , în italiană „reactor cu rezervor cu agitare continuă”) este un reactor continuu ideal format dintr-un rezervor alimentat de un flux constant de material (în care pot apărea în principal reactivi , dar și inerți , catalizatori și o parte a produsului reciclat), echipat cu un sistem de agitare. Idealizarea se reflectă și în faptul că amestecul este perfect: proprietățile intensive , cum ar fi compoziția amestecului din interiorul reactorului, sunt uniforme în spațiu și egale cu proprietățile fluxului de ieșire.

Modelul matematic al reactorului se obține pornind de la un echilibru macroscopic al materiei , în termeni molari , cu referire la o a i- a specie implicată în reacție . Sistemul de referință este volumul reactorului (V) (care coincide cu volumul reacției).

Asumarea:

amestec perfect sau ideal

și aplicarea legii bugetare a materiei universale: $\mathrm {Accumulo} =\mathrm {Entrata} -\mathrm {Uscita} +\mathrm {Generazione}$ ${\ displaystyle \ mathrm {Accumulation} = \ mathrm {Entry} - \ mathrm {Exit} + \ mathrm {Generation}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {Accumulation} = \ mathrm {Entry} - \ mathrm {Exit} + \ mathrm {Generation}}$

primesti: ${\frac {dN_{i}}{dt}}=F_{i}^{0}-F_{i}+V\nu _{i}R$ ${\ displaystyle {\ frac {dN_ {i}} {dt}} = F_ {i} ^ {0} -F_ {i} + V \ nu _ {i} R}$ ${\ displaystyle {\ frac {dN_ {i}} {dt}} = F_ {i} ^ {0} -F_ {i} + V \ nu _ {i} R}$

unde este:

$N_{i}$ ${\ displaystyle N_ {i}}$ ${\ displaystyle N_ {i}}$ este numărul de aluniți din speciile i , exprimat în mol ;
$F_{i}$ ${\ displaystyle F_ {i}}$ $F_i$ este debitul molar al lui i ( 0 indică admisia), exprimat în mol s ^-1 ;
$\nu _{i}R$ ${\ displaystyle \ nu _ {i} R}$ ${\ displaystyle \ nu _ {i} R}$ este viteza de reacție de producție / consum de i , exprimată în mol s ^-1 l ^-1 . Acordați atenție faptului că R este rata globală a reacției (de exemplu, R = kC _i ² ) și că $\nu$ ${\ displaystyle \ nu}$ $\ nu$ este stoichiometric coeficientul speciei I- lea.

Întreținerea unui reactor CSTR

În ipoteza stării de echilibru (care implică acumularea zero) și a densității constante, știind că:

F_{i}={\tilde {V}}C_{i}

{\ displaystyle F_ {i} = {\ tilde {V}} C_ {i}}

{\ displaystyle F_ {i} = {\ tilde {V}} C_ {i}}

,

cu ${\tilde {V}}$ ${\ displaystyle {\ tilde {V}}}$ ${\ tilde {V}}$ debitul (în ls ^-1 ) și concentrația C (în mol l ^-1 ), avem că:

{\frac {(C_{i}-C_{i}^{0}){\tilde {V}}}{V}}=\nu _{i}R

{\ displaystyle {\ frac {(C_ {i} -C_ {i} ^ {0}) {\ tilde {V}}} {V}} = \ nu _ {i} R}

{\ displaystyle {\ frac {(C_ {i} -C_ {i} ^ {0}) {\ tilde {V}}} {V}} = \ nu _ {i} R}

și definitorii ${\frac {V}{\tilde {V}}}=\tau$ ${\ displaystyle {\ frac {V} {\ tilde {V}}} = \ tau}$ ${\ displaystyle {\ frac {V} {\ tilde {V}}} = \ tau}$ , timpul de ședere , obținem că:

{\frac {(C_{i}-C_{i}^{0})}{\tau }}=\nu _{i}R

{\ displaystyle {\ frac {(C_ {i} -C_ {i} ^ {0})} {\ tau}} = \ nu _ {i} R}

{\ displaystyle {\ frac {(C_ {i} -C_ {i} ^ {0})} {\ tau}} = \ nu _ {i} R}

care reprezintă modelul matematic al unui reactor CSTR într-o stare stabilă cu densitate constantă. De exemplu, într-o reacție elementară (adică ireversibilă și pentru care legea acțiunii de masă este valabilă) de tipul A → produse, presupunând o cinetică de prim ordin (R = kC _A ), obținem că: