Расчет реактора с использованием эмпирических зависимостей

При расчете реакторов основную сложность представляет установление вида кинетического уравнения. На практике, особенно для распространенных каталитических процессов, широко используют эмпирические уравнения.

Так, например, при окислении сернистого ангидрида на ванадиевом катализаторе в интервале температур 300-700⁰С для определения К_р можно пользоваться двучленным уравнением:

, (4.5)

где 495 и 4,6455 – численные константы.

Равновесную степень превращения Х_А^* рассчитывают по формуле [12]:

(4.6)

Кинетика процесса окисления SO₂ на ванадиевых катализаторах наиболее точно описывается уравнением Борескова-Иванова [12]:

(4.7)

где k₁- константа скорости реакции.

Расчеты с использованием эмпирических уравнений достаточно трудоемки и выполняют с использованием компьютеров.

Задача 3

Рассчитать РИС-Н и скорость реакции SO₂+0,5O₂ÛSO₃+Q при следующих условиях: Р - 1 ат; k_to= 10 ккал/м²×град×ч; температура теплоносителя t_с =15⁰С; расход потока- 50000 м³/ч; начальная температура Т₁=460⁰С; состав реакционной смеси: n_SO2-0,09; n_O2-0,11; n_N2-0,8.

1. Политермический режим:

· рассчитать объем реактора V_r и подобрать поверхность трубчатого теплообменника F_to при конечной температуре Т₂=700⁰С;

3. Изотермический режим:

· подобрать поверхность трубчатого теплообменника F_to;

4. Адиабатический режим:

· рассчитать объем реактора V_r и температуру на выходе из реактора Т_ad;

Решение

Решение выполнено в программе Mathcad [13].

1. При решении дифференциального уравнения необходимо задать начальный и конечный моменты времени t₀ и t₁, начальное значение Х при t=0 и количество шагов расчета NS. Затем определить параметры функции «rkfixed»:

· вектор начальных значений ic₀ (индекс вводится через левую квадратную скобку "[";

· производную искомой функции D(t,Y)=f(t,Y₀). Второй аргумент Y₀ должен быть вектор (индекс вводится также через "[" );

· поиск r выполняется функцией «rkdixed» с указанными параметрами.

Решением является матрица, содержащая:

· количество строк равно числу заданных шагов +1 (строка начального значения);

· первый столбец содержит значение времени в заданном интервале;

· второй столбец содержит значение Х.

При решении системы уравнений следует ввести начальные условия по искомым компонентам, команду <Given> и получить результаты командой <Find>, введя искомые величины в круглых скобках через запятую.

Программа расчета реактора средствами Mathcad

SO2+ 0,5 O2= SO3

Данные для расчета

Абсолютная температура

Универсальная газовая постоянная

Объем 1 моля газа при нормальных условиях

Cтехиометрические коэффициенты в уравнении реакции

Мольный состав смеси

Доля стехиометрической смеси исходных компонентов в реальной смеси b

Коэффициент изменения объема в системе x

Молярные массы компонентов смеси

Молярная масса газовой смеси

Плотность газовой смеси

Коэффициент теплообмена

Температура смеси на входе в реактор

Удельная теплоемкость газовой смеси

Температура смеси на выходе из реактора

Температура хладагента

Расход реакционной смеси

РАСЧЕТ q xp

РАСЧЕТ Кp

РАСЧЕТ РАВНОВЕСНОЙ СТЕПЕНИ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ 460 С

РАСЧЕТ КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ (ДЛЯ ВАНАДИЕВОГО КАТАЛИЗАТОРА)

РАСЧЕТ СКОРОСТИ ОКИСЛЕНИЯ ПО УРАВНЕНИЮ БОРЕСКОВА-ИВАНОВА

Начальное приближение

Начальная степень превращения

Конечная степень превращения

Время пребывания реакционной смеси в реакторе

Скорость реакции

РАСЧЕТ РИС-П

1. Объем реактора

2. Поверхность теплообмена

РАСЧЕТ РИС-Н- И

1. Объем реактора

2. Поверхность теплообмена

Find(F_to)

РАСЧЕТ РИС-Н-А

1. Объем реактора

2. Адиабатическая температура

Литература

1. Бретшнайдер С., Кавецкий В., Лейко Я. И др. Общие основы химической технологии. Л.: Химия, Лен.отд-е, 1977. 503 с.

2. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.:Химия, Лен-е отд-е, 1978. 392 с.

3. Основы химической технологии //И.П.Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина, Н.В. Кузичкин; под ред. И.П. Мухленова. - М.: Высшая школа, 1991. - 463 с.

4. Общая химическая технология// под ред. А.Г.Амелина. М.:Химия, 1977. 400 с.

5. Бесков С.Д. Технохимические расчеты. М.:Высшая школа, 1966. 520 с.

6. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. -М.: Высшая школа, 1990. 520 с.

7. Ахметов К. Windows 95 для всех. М.: ТОО "КомпьютерПресс", 1997. 256 с.

8. Додж М., Кайнет К. Эффективная работа с Excel 7.0 для Windows 95. Санкт-Петербург: Питер, 1996. 1000 с.

9. Гарнаев А.Ю. Использование MS Excel и VBA в экономике и финансах. СПб.:БХВ. Санкт-Петербург, 2000. 386 с.

10. Вольфкович С.И., Егоров А.П., Эпштейн Д.А. Общая химическая технология. Изд-е химической литературы, М.-Л., 1953, т.1. 632 с.

11.Справочник сернокислотчика /Под. Ред К.М.Малина: М. Химия, 1971. 744 с.

12. Аладьев В.З., Гершгорн Н.А. Вычислительные задачи на персональном компьютере. К.:Тэхника, 1991. 245 с.

13. Чертов А.Г. Единицы физических величин. М.:Высшая школа, 1977. 287 с.

Приложения