Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде

Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru

или Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru

Зависимость Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru рассчитана при значениях сА от 1,5 до 0,3 кмоль/м3 с шагом 0,2.

Таблица 4. Расчетные значение скорости реакции и концентрации вещества

сА, кмоль/м3 1,5 1,3 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3
Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru3/(кмоль×ч) 22,.5 16,9 12,1 8,1 4,9 2,5 0,67

Построим график зависимости Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru от сА

Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru

Рис.9. Графическая зависимость скорости реакции от концентрации вещества

Если из точки на оси абсцисс сА,0 провести прямую, то получим точку пересечения с кривой в точке а. При проведении процесса в одну ступень получаем (рис 7.3):

Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru ,

t = 0,63 ч.

Объем единичного реактора:

V РИС-Н = GV,0 × t = 10×0,63 = 6,3 м3.

Примечание: так как по условию объемы трех реакторов одинаковы, то угол наклона проведения прямых к точкам пересечения с кривой будет одинаков. Если уменьшим объем реактора, то для достижения заданной степени превращения необходимо увеличить количество реакторов в каскаде. При этом угол наклона поменяется и будет постоянным для всего количества реакторов в каскаде. Соответственно изменится и время пребывания реагентов в реакторе.

Задачи для самостоятельного решения

1. Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru В каскаде из трех реакторов смешения (см. рис.10) проводится жидкофазный процесс, описываемый реакцией. А→R→S с константами скоростей реакции k1=0.6 мин-1, к2 =0,3 мин-1.

Рис.10. Последовательное соединение РИС-Н.

Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде - student2.ru Время пребывания в реакторах соответственно: τ1 = 5 мин, τ 2 = 7 мин, τ 3 = 10 мин. Определить концентрации всех веществ на выходе из каждого реак­тора и каскада в целом. Продукты реакции в исходном потоке отсутст­вуют, а концентрация реагента А равна 1,8 моль/л.

2. При условиях задачи 1 рассчитать концентрацию веществ в каждом реакторе (см. рис. 7.), если τ1= 10 мин, τ2 = 7 мин, τ3 = 5 мин.

3. В жидкофазном процессе протекает реакция А → R. первого по­рядка с константой скорости k = 0,5 мин-1. Концентрация вещества СА0 = 2,4 моль/л. Требуемая степень превращения вещества А состав­ляет 80%. Определить допустимый расход вещества А в течение 1 часа для одного, двух и трех реакторов, соединенных последовательно, если объем единично­го реактора равен 0,3 м3.

4. В проточном реакторе идеального смешения проводится жидкофазная реакция первого порядка с константой скорости k = 0,25 мин-1 и достигается степень превращения, равная 0,6. Определить степень превращения, если вместо одного реактора взять три последовательно работающих реактора идеального смеше­ния при том же реакционном объеме.

5. Жидкофазный процесс описывается простой обратимой реакцией второго порядка А + В = R. + S с константами скоростей kх = 0,12 м3/(кмоль∙с) и k2 = 0,05 м3/(кмоль∙с). Потоки веществ А и В подаются в реактор раздельно с равными объемными скоростями и концентрациями СА0 = Сво = 1,4 моль/л. Процесс проводится в реак­торе идеального смешения объемом 0,1 м3. Требуемая степень превра­щения вещества А равна 0,75xравн. Определить объемные потоки веществ А и В. Рассчитать необходи­мое количество реакторов объемом 0,02 м3, соединенных последова­тельно, для проведения данного процесса.

6. Сравнить объемы единичного реактора идеального смешения Vрис каскада, состоящего из п реакторов идеального смешения объе­мом 0,1Vрис каждый и реактора идеального вытеснения Vрив при про­ведении жидкофазного процесса, описываемого реакцией 2А —> К с константой скорости реакции, равной 0,6 м3/(кмоль∙мин). Степень превращения вещества А составляет 0,8, объемный расход вещества А с концентрацией 24 кмоль/м3 - 2,8 м3/ч.

7. Жидкофазный процесс, описываемый обратимой реакцией второго порядка А + В = R + S с константами скорости прямой k1 = 22 л/(моль∙ч) и обратной k-1 = 2 л/(моль∙ч) реакций, проводится в РИС-H объемом 0,5 м3. Потоки веществ А и В подаются в реактор раз­дельно с равными концентрациями: САисх = Св исх. После взаимного разбавления потоков концентрация СА0 = 1,6 кмоль/м3, а соотноше­ние концентраций СА0 : Сво= 1 : 1,5. Процесс проводится до Хв= 0,6 хв,равн. Определить объемные потоки исходных веществ и производитель­ность по продукту R.

8. Жидкофазный процесс, описываемый простой реакцией второго порядка А + В → 2R с константой скорости реакции 2 л/(моль∙мин), осуществляется в каскаде реакторов смешения. Объ­емные потоки реагирующих веществ А и В VА0 = VВ0 = 5 л/мин. Кон­центрации веществ в потоках одинаковы и равны 1,4 моль/л. Степень превращения вещества А после первого реактора равна 0,25. Требуемая степень превращения должна быть 0,75. Определить объем реактора и количество реакторов в каскаде.

9. Жидкофазный процесс, описываемый обратимой реакцией второго порядка 2А <=> R + S с константой скорости прямой реакции k1 = 0,9 м3/(кмоль∙ч) и константой равновесия К = 16, необходимо осуществить до степени превращения, равной 85% равновесной. Объ­емный расход вещества А при концентрации СА0 = 40 кмоль/м3 со­ставляет 3,6 м3/ч. Определить объем РИС-H и число реакторов в каскаде при усло­вии, что объем реактора в каскаде составляет 10% объема РИС-H.

10. Определить количество вещества А, перерабатываемого за 1 час в РИС-H, РИВ и каскаде из трех одинаковых по объему реакторов иде­ального смешения (см. рис. 7) при условии, что во всех случаях объ­ем реакционной зоны равен 2,1 м3. Концентрация вещества А в исход­ном потоке составляет 3 кмоль/м3, требуемая степень превращения ве­щества А - 0,8, константа скорости реакции - 0,12 мин-1.

11. Процесс описывается реакцией типа А → 2 R и осуществляется в установке из трех реакторов смешения (см. рис. 1). Объемы реакто­ров Vp1 . = Vp2= 0,2 м3, Vp3 = 0,5 м3. Константа скорости реакции равна 0,02 с-1. Объемный расход вещества А составляет 180 м3/ч. Концентра­ция исходного вещества А равна 2,6 кмоль/м3. Входной поток вещества А делится поровну. Определить производительность установки по продукту R.

12. Процесс описывается реакцией типа А → 2R и осуществляется в установке из трех реакторов смешения (см. рис. 4). Объемы реакторов Vp1 . = Vp2= 0,2 м3, Vp3 = 0,5 м3. Константа скорости реакции равна 0,02 с-1. Объемный расход вещества А составляет 180 м3/ч. Концентрация исходного вещества А равна 2,6 кмоль/м3. Степени превращения в ветвях установки одинаковые, Определить производительность установки по продукту R.

13. Жидкофазный процесс описывается реакцией первого порядка А→ 2R с константой скорости k= 8,3∙10-3 с-1. Концентрация исходного вещества составляет 0,36 моль/л. Расход реакционной смеси 0,13 м3/мин. Процесс проводится в установке из трех реакторов смешения,соединенных последовательно (см. рис. 7) объемом 0,3 м3. Определить производительность установки по продукту R.

14. Процесс, описываемый реакцией типа А →R с константой cкорости k= 0,027 c-1, проводится в установке (см. рис. 6), состоящей из трех реакторов. Объем реактора вытеснения Vp3 = 0,05 м3. Объемы реакторов смешения Vp1 . = Vp2. Объемный расход вещества А составляет 100 л/мин с концентрацией 2,8 моль/л. Определить объемы реакторов Vp1 . и Vp2,если входящий поток делится поровну.

СПИСОК использованной ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.И. Игнатенков, В.С. Бесков. Примеры и задачи по общей химической технологии. М.:ИКЦ «Академкнига», 2005.-198с.

2. Ю.В.Попов, Б.И. Но Инженерная химия. Волгоград, 2003.-208с.

3. Расчеты химико-технологических процессов. А.Ф. Туболкин, Е.С. Тумаркина, Э.Я. Тарат, Е.С. Румянцева и др..; под ред. И.П. Мухленова.-Л.: Химия, 1982.-282 с.

4.Р. Михаил, К. Кырлогану Реакторы в химической промышленности. Л.: Химия, 1968.- 384 с.

5. Смирнов Н.Н.,Волжинский А.И.Химические реакторы в примерах и задачах. Л.: Химия, 1986. 226 с.

6. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1981. 6с.

7. Краткий справочник физико-.химических величин / Н.М. Барон, А.М. Пономарева, А.А. Равдель и др. Л.: Химия, 1983. 232 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………...………………….3

1. Классификация реакторов…………………………………………………………….5

1.1.Реактор идеального смешения непрерывного действия……………………..9

1.2.Реактор идеального вытеснения…………………………………………………..19

1.3. Реакторы идеального смешения периодического действия……………….27

1.4. Последовательные и параллельные схемы реакторов…………………...….34

Список использованной литературы…………….…………………...53

Геннадий Михайлович Бутов

Гаджи Рабаданович Гаджиев

Карим Рамез Саад

Расчеты химических реакторов

Учебное пособие

в авторской редакции

Темплан 2009 г., поз. №__

Лицензия ИД № 04790 от 18.05.01 г.

Подписано в печать___________________. Формат 60×84 1/16

Бумага газетная. Печать офсетная. Усл. печ. Л. 302

Уч.-изд. Л. 312. Тираж 150.Заказ____

Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. Ленина,28.

РПК «ПОЛИТЕХНИК»

Волгоградского государственного технического университета.

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.

Наши рекомендации