Задача:
Для какого реактора уравнение материального баланса имеет вид \(N_{вх} - N_{вых} - N_{х.р} = N_{нак}\)?
Выберите один ответ:
- КРИС-Н
- ни для какого из перечисленных
- РИС-Н
- РИС-П
Решение:
Давайте разберем уравнение материального баланса и типы реакторов.
Уравнение материального баланса:
Общее уравнение материального баланса для любого компонента в реакторе можно записать как:
\[ \text{Вход} - \text{Выход} - \text{Расход в реакции} = \text{Накопление} \]
В нашей задаче это представлено как:
\[ N_{вх} - N_{вых} - N_{х.р} = N_{нак} \]
Где:
- \(N_{вх}\) – количество вещества, поступающего в реактор.
- \(N_{вых}\) – количество вещества, выходящего из реактора.
- \(N_{х.р}\) – количество вещества, расходуемого в химической реакции.
- \(N_{нак}\) – количество вещества, накапливающегося в реакторе.
Типы реакторов:
Рассмотрим основные типы реакторов и их особенности:
1. Реактор идеального смешения (РИС):
- РИС-П (периодический): В этом реакторе нет непрерывного входа и выхода реагентов и продуктов во время реакции. Реактор загружается, реакция протекает, затем продукты выгружаются.
- \(N_{вх} = 0\) (нет непрерывного входа)
- \(N_{вых} = 0\) (нет непрерывного выхода)
- Уравнение баланса упрощается до: \( - N_{х.р} = N_{нак} \). Это означает, что все, что расходуется в реакции, приводит к изменению количества вещества в реакторе.
- РИС-Н (непрерывный): В этом реакторе есть непрерывный вход реагентов и выход продуктов. Если реактор работает в стационарном режиме, то накопления нет.
- \(N_{нак} = 0\) (в стационарном режиме)
- Уравнение баланса упрощается до: \( N_{вх} - N_{вых} - N_{х.р} = 0 \), или \( N_{вх} - N_{вых} = N_{х.р} \).
2. Реактор идеального вытеснения (РИВ) (иногда обозначается как КРИС - Каскад Реакторов Идеального Смешения, но это не совсем то же самое, КРИС - это скорее модель для РИВ):
- РИВ-Н (непрерывный): Также имеет непрерывный вход и выход. В стационарном режиме накопления нет.
- \(N_{нак} = 0\) (в стационарном режиме)
- Уравнение баланса: \( N_{вх} - N_{вых} - N_{х.р} = 0 \).
Анализ заданного уравнения:
Уравнение \( N_{вх} - N_{вых} - N_{х.р} = N_{нак} \) включает в себя все четыре члена:
- \(N_{вх}\) – есть вход.
- \(N_{вых}\) – есть выход.
- \(N_{х.р}\) – есть расход в реакции.
- \(N_{нак}\) – есть накопление.
Наличие члена \(N_{нак}\) означает, что процесс не является стационарным. Это характерно для нестационарных (переходных) режимов работы непрерывных реакторов. В начальный момент запуска непрерывного реактора, или при изменении условий, или при работе в нестационарном режиме, происходит накопление или убыль вещества в реакторе.
Ни один из перечисленных вариантов (КРИС-Н, РИС-Н, РИС-П) в своем "идеальном" или "стационарном" представлении не соответствует этому уравнению полностью.
- РИС-П: \(N_{вх} = 0\), \(N_{вых} = 0\).
- РИС-Н (стационарный): \(N_{нак} = 0\).
- КРИС-Н (стационарный): \(N_{нак} = 0\).
Таким образом, данное уравнение описывает материальный баланс для любого проточного реактора, работающего в нестационарном режиме. Поскольку ни один из предложенных вариантов не является "нестационарным проточным реактором" или "реактором в переходном режиме", и все они представлены в их стандартных, часто стационарных, формах, то правильным будет выбрать вариант "ни для какого из перечисленных" в их идеализированном стационарном представлении.
Ответ:
Правильный ответ: ни для какого из перечисленных.