Modeling of chemical reactors

17 – amaliy mashgulot Kimyoviy reaktorlarni modellashtirish

Kimyoviy kinetika fizik kimyoning kimyoviy reaksiya tezligini o‘rganuvchi bo‘limidir.Kimyoviy reaktorlarni o‘rganish, shu reaktor jarayonini tashkil qiluvchi «elementar» jarayonlar matematik modellari asosida amalga oshiriladi, ya’ni, blok prinsipi qo‘llaniladi:

birinchidan, mikrokinetika o‘rganiladi, ya’ni kimyoviy kinetika tezligi o‘rganiladi;ikkinchidan, gidrodinamika o‘rganiladi, ya’ni, oqimlar tuzilishi o‘rganiladi; 
uchinchidan, issiqlik-modda-almashinuv jarayoni o‘rganiladi va boshqalar.

Kimyoviy jarayon mikrokinetikasini o‘rganish, shu jarayon kimyoviy reaksiya tezligi to‘g‘risida ma’lumotni, ya’ni, vaqt va xajm birligida qancha modda xosil bo‘lganligini aniqlashni hisobga oladi

Kimyoviy reaksiya bir kimyoviy moddalar majmuining boshqa moddalarga aylanishi jarayonidir. Kimyoviy reaksiyalar spontan, yaʼni oʻz-oʻzidan, yoki boshqariluvchi boʻlishi mumkin. Ikkinchi holda kimyoviy reaksiyani oʻtkazish uchun tashqaridan biror energiya (issiqlik, yorugʻlik, elektr) talab etiladi. Kimyoviy reaksiyalarda elektronlar harakati bosh rolni oʻynaydi. Kimyoviy reaksiyaga kirishuvchi moddalar reagentlar, deb ataladi. Reaksiya natijasida hosil boʻladigan moddalar esa kimyoviy reaksiya mahsulotidir. Kimyoviy reaksiyalar kimyoviy formulalar orqali ifoda etiladi. Kerakli mahsulotni olish uchun bir necha reaksiyalar ketma-ketligi talab etilishi mumkin, bu jarayonga kimyoviy sintez deyiladi.

Kimyoviy reaksiyalar - bir turdagi kimyoviy moddalarning tarkibi va xossalari jihatidan farq qiladigan ikkinchi turdagi moddalarga aylanish jarayonidir. Kimyoviy reaksiyalarni kimyoviy tenglama bilan ifodalash mumkin, masalan sulfat kislotaga ruh taʼsir ettirilganda ruh sulfat va vodorod gazi hosil boʻladi: H2SO4+Zn=ZnSO4+H2T. Kimyoviy reaksiyalarda atomlar oʻzgarmaydi, bir birikmadan ikkinchisiga oʻtadi, xolos. Kimyoviy jarayonlarda toʻgʻri (qaytmas) reaksiya (mas, vodorod yodidning vodorod va yoddan hosil boʻlishi: N2+12->2N1) bilan bir qatorda, qaytar reaksiya (mas, vodorod yodidning parchalanishi:2HI<=>H2+I2) ham sodir boʻladi. Kimyoviy reaksiyalarda ishtirok etadigan elementlarning oksidlanish darajadari (valentliklari) oʻzgarsa, bunday reaksiyalar oksidlanish-kaytarilish reaksiyalari deyiladi. Kimyoviy reaksiyalarda molekulalar, atomlar va ionlar ishtirok etishi mumkin. Shunga koʻra, reaksiyalar uchga boʻlinadi: oddiy, ionli va radikal reaksiyalar.

kimyoviy reaktorlarda, mahsulot reaktorga yuklangandan so‘ng, moddaning bir turdan ikkinchi turga aylanish jarayoni ketadi.Kimyoviy reaktorlarda ketayotgan jarayonlarni matematik modellashtirish yo‘li bilan o‘rganishda, avval kimyoviy jarayonning stexiometrik tenglamasi tuziladi, so‘ngra reaksiya molekulyarligi va tartibi aniqlaniladi.

Agar kimyoviy reaksiya tezligi konstantasi qiymati noma’lum bo‘lsa, unda uning qiymatini eksperimental yo‘l bilan aniqlanib, so‘ngra kinetik tenglamalar tuziladi.

Kimyoviy reaktorlarga qo'yiladigan talablarKimyoviy reaktor deb massa uzatish (diffuziya) bilan bog'liq kimyoviy reaksiyalar mujassamlangan kimyoviy texnologik jarayonlar amalga oshiriladigan qurilma (apparat)ga aytiladi.

Gaz-qattiq va suyuq - qattiq tizimdagi jarayonlar amalga oshiriladigan reaktorlarga sanoatda ishlatilayotgan xumdonlar (pech), kontakt qurilmalar, sintez kolonnalari, aralashtirgichli reaktorlar kiradi. Gaz-suyuqlik tizimida mexanik, purkagichli va siqilgan havo (pnevmatik) yordamida aralashtirishga asoslangan reaktorlardan foydalaniladi.

Kimyoviy reaktsiya - bu reaktivlarni o'zgartiradigan jarayon. Bu aslidan farq qiladigan bir yoki bir nechta mahsulotni keltirib chiqaradigan o'zgarishlar bilan tavsiflanadi. Kimyoviy reaktsiyalar boshqa xarakterga ega. Bu reaktivlar turiga, olingan moddaga, sintez, parchalanish, siljish, oksidlanish-qaytarilish, organik jarayonlar va hokazolarga va vaqtga bog'liq

Kimyoviy reaktorlar - bu oxirgi mahsulotni ishlab chiqarish uchun reaktsiyalarni o'tkazish uchun mo'ljallangan idishlar. Ularning dizayni turli xil omillarga bog'liq va maksimal rentabellikni eng tejamli usulda ta'minlashi kerak

Ko'rishlar
Uch asosiy kimyoviy reaktor modellari mavjud:
Vaqti-vaqti bilan harakat qilish.
Aralashtiruvchi (HPM) bilan doimiy.
Plunger oqim reaktori (PFR).
Ushbu asosiy modellarni kimyoviy jarayon talablariga muvofiq o'zgartirish mumkin

Partiya reaktori
Ushbu turdagi kimyoviy agregatlar ishlab chiqarish hajmi kam bo'lgan, uzoq reaksiya vaqtlari bo'lgan yoki ba'zi bir polimerizatsiya jarayonlaridagi kabi yaxshi selektivlikka erishilgan partiyaviy jarayonlarda qo'llaniladi.

Buning uchun, masalan, zanglamas po'latdan yasalgan idishlar ishlatiladi, ularning tarkibi ichki ishlaydigan pichoqlar, gaz pufakchalari yoki nasoslar yordamida aralashtiriladi. Haroratni nazorat qilish issiqlik almashinadigan ko'ylagi, sug'orish sovutgichlari yoki issiqlik almashinuvchisi orqali nasos yordamida amalga oshiriladi.

Partiya reaktorlari hozirda kimyo va oziq-ovqat sanoatida qo'llaniladi. Ularni avtomatlashtirish va optimallashtirish qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi, chunki doimiy va diskret jarayonlarni birlashtirish zarur.

Yarim partiyali kimyoviy reaktorlar uzluksiz va seriyali ishlashni birlashtiradi. Biyoreaktor, masalan, vaqti-vaqti bilan zaryadlanadi va doimiy ravishda karbonat angidridni chiqaradi, uni doimiy ravishda olib tashlash kerak. Xuddi shunday, xlorlash reaktsiyasida, reaksiyaga kirishuvchi moddalardan biri xlorli gaz bo'lganda, u doimiy ravishda kiritilmasa, uning aksariyati uchib ketadi