1

Ten typ reaktorów cechuje si ustalonymi warunkami pracy, idealnym mieszaniem w przestrzeni reakcyjnej prowadzcym do homogenicznoci skadu w caym aparacie. Parametry strumieni wyjciowych dla danej reakcji s takie same jak wewntrz reaktora i nie zale od pooenia, lecz od czasu przestrzennego

Szeregowe poczenie kilku reaktorów tworzy tzw. bateri lub kaskad umoliwiajc osiganie wikszych stopni przereagowania _A w porównaniu z pojedynczym aparatem. Reaktory przepywowe z idealnym mieszaniem znalazy zastosowanie gównie do prowadzenia reakcji w fazie ciekej. S one czsto stosowane w przemyle, a take w laboratorium do bada kinetycznych, umoliwiaj bowiem w prosty sposób eksperymentalne wyznaczenie krzywej C_A = f() w szerokim zakresie ste.

Rys. 1 Oznaczenie strumieni dla pojedynczego reaktora przepywowego .

Równanie o znaczeniu projektowy wyprowadza si na podstawie bilansu materiaowego (rys. 1), który ze wzgldu na brak gradientu stenia wewntrz aparatu sporzdza si dla caego reaktora. Warunki ustalone pozwalaj pomin czon akumulacji, dlatego przy nie zmieniajcej si gstoci roztworu

Z zalenoci (2) i (3) wynika wzór okrelajcy czas przestrzenny

W kaskadzie (baterii) reaktorów przepywowych z idealnym mieszaniem produkt z poprzedniego stopnia jest surowcem do nastpnego, jak to ilustruje rys.2.

Jest uzasadnione wzgldami techniczno-ekonomicznymi , by objtoci wszystkich stopni w kaskadzie byy jednakowo równe.

Wydajno kaskady reaktorów dla danej reakcji, warunków izotermicznych i idealnego mieszania zaley od liczby stopni i czasu przestrzennego w i-tym stopniu.

Udowodniono, e dla j ! " wydajno baterii jest tak sama jak reaktora rurowego. Szybko reakcji w dowolnym i-tym stopniu kaskady opisuje równanie

Posugujc si nim mona obliczy stenie skadnika A po j-tym stopniu kaskady, pod warunkiem , e znane s: równanie kinetyczne reakcji, stenie pocztkowe reagentów, czas przestrzenny _i oraz liczba stopni j w baterii. Tak np. dla reakcji I rzdu i pierwszego stopnia kaskady

Kocowe stenie skadnika A po j-tym stopniu mona równie wyznaczy metod graficzn, majc szczególne zastosowanie w reakcji wyszych rzdów i reakcji nieelementarnych. Opierajc si na znanych równaniach kinetycznych sporzdza si krzyw r_A=f(C_A). Nastpnie na wykres ten nanosi si lini ruchow (rys. 3), rozpoczynajc od C_ao o nachyleniu równym 1/_i, co wynika z równania (5). Dalej „schodkuje si” jak w ekstrakcji wspóprdowej, gdy produkt z poprzedniego stopnia jest surowcem do nastpnego.

Nachylenie nie zmieni si, gdy V₁=V₂=V_i=V, a dla ukadów ciekych V_o=const wzdu drogi przepywu. Liczba „schodków” jest równa liczbie reaktorów w kaskadzie, która jest dla okrelonej reakcji niezbdna, by przy danym _i stenie skadnika spado z C_ao do C_aj. Inna metoda graficzna opiera si na równaniu bilansowym

Dla znanego równania kinetycznego r_AC= f(C_AC) oblicza si warto funkcji (C_Ai) i nanosi na wykres jak na rys.4. Liczba schodków jest równa liczbie reaktorów

Jak to ju zaznaczono, zarówno pojedynczy reaktor, jak i kaskada reaktorów z idealnym mieszaniem s bardzo przydatne w badaniach kinetycznych.

Interpretacja wyników jest bardzo uatwiona, korzysta si bowiem z tego e parametry strumienia wyjciowego reprezentuj zarazem warunki panujce wewntrz reaktora. Posugujc si równaniem (5) atwo obliczy szybko w i-tym stopniu kaskady na podstawie rónicy ste C_ai oraz czasu przestrzennego _i . Tak obliczone r_Ai jest rzeczywist szybkoci reakcji pod warunkiem, e mieszanie w reaktorze byo idealne.

Celem wiczenia jest wykonanie kinetycznych reakcji zmydlenia octanu etylu ugiem sodowym w kaskadzie reaktorów przepywowych z idealnym mieszaniem oraz interpretacja uzyskanych wyników pod ktem otrzymania równania kinetycznego tej reakcji.

Instalacja dowiadczalna (rys. 5) skada si z 2 zbiorników naporowych 1 i 2, w których znajduj si reagenty A oraz B, z ukadu regulacyjno - pomiarowego w postaci zaworów iglicowych 3, rotametrów 4, trójdronych zaworów 5 sucych do cechowania rotametrów oraz z wymienników ciepa 6 i kaskady rektorów 7.

Wewntrz kadego stopnia znajduj si: mieszado zapewniajce idealne mieszanie pynu reagujcego, termometr 8, elektroda konduktometru 9 i spirala termostatujca.

Wodne roztwory octanu etylu oraz ugu sodowego o steniu 0.2 mola/dm³ przepuszcza si przez wycechowane uprzednio rotametry 4 regulujc zaworami 3 tak, by objtoci0owa szybko V_A bya równa V_B. Warto V_o=V_A+V_B oraz temperatury procesu podaje kadorazowo prowadzcy zajcia.

Nastpnie wprowadza si oba strumienie przez wymienniki 6 do kaskady 7, uruchamia mieszada, termostaty i prowadzi reakcj a do osignicia warunków ustalonych we wszystkich stopniach kaskady. Wskanikiem tego stanu s stae temperatury wewntrz poszczególnych stopni oraz nie zmieniajce si stenia. Te ostatnie mierzy si konduktometrycznie i odczytuje z krzywej cechowania poszczególnych elektrod.

C - jest steniem NaOH, równym nieprzereagowanemu CH₃COOC₂H₅, proces prowadzono bowiem przy C_Ao=C_Bo.

Bezporednie wyniki pomiarów naley zinterpretowa tak, by na ich podstawie wyznaczy równanie kinetyczne reakcji. W tym celu oblicza si szybko rekcji w poszczególnych stopniach kaskady, przyporzdkowujc je panujcym tam steniom , a wyniki tych oblicze przedstawia w formie wykrelnej:

Numer stopnia	1	2	3	4