166724 (Основы химической технологии), страница 2

;

кВт

7 Сведём данные по расчётам в таблицу

Таблица 4 – Приход теплоты в контактном аппарате

Таблица 5 – Расход теплоты в контактном аппарате

Задача 5

В реакторе протекает реакция: : А+В R . Определить степень превращения Х_А и Х_В, при условии А и В взяты в стехиометрическом соотношении; если вещества В в 2 раза больше ( то есть 2 моля вещества на 1 моль вещества А); если вещества В в 3 раза больше.

1 Определим степень превращения, если реагенты взяты в стехиометрическом соотношении

Принимаем: моль , моль

По условию известно, что

Можно определить степень превращения вещества А:

;

Поскольку вещества А и В взяты в стехиометрическом соотношении, то ,

Можно определить степень превращения вещества В:

;

2 Определим если в 2 раза больше

По условию известно, что ,

Можно определить степень превращения вещества А:

Поскольку реагирует половина вещества А, то

Можно определить степень превращения вещества В:

3 Определим если в 3 раза больше

По условию известно, что ,

Можно определить степень превращения вещества А:

Поскольку реагирует половина вещества А, то

Можно определить степень превращения вещества В:

Задача 6

О пределить состав смеси и степень превращения для реакции: А+2В 2R+S. Если ; ; . Определить

1 Степень превращения реагента В можно определить следующим образом:

;

;

2 Концентрацию реагента А можно определить следующим образом:

3 Концентрацию реагента В можно определить следующим образом:

4 Из стехиометрических коэффициентов определим :

Задача 7

Определить Х _SO2 в реакции 2SO₂ + O₂ → 2SO₃, если реакционная смесь имеет состав в начале процесса [% (об.)]: С _SO2-7,5; С _O2-10,3; С _N2-82,2. Содержание SO₂ в конце процесса равна 2,5% об.

Замечание:

1. реакция протекает с уменьшением объема, следовательно, необходимо учитывать - относительное изменение объема реакционной смеси.

2. формализуем задачу, т.е. переведем ее в привычные понятия:

аА+вВ rR,

где а=2 в=1 r=2

С_А.0=7,5% об. С_А.е=2,5% об. С_В.0=10,3% об.

1. реагенты взяты не в стехиометрическом соотношении, т.е. О₂ в избытке.

2. в реакционной смеси присутствует балластный азот, т.е. для окисления используется О₂ воздуха.

1 Определим относительные изменения объема

,

где - первоначальный объем смеси

- объем смеси в конце реакции.

Отношение определим по формуле [2,с.22]:

,

где β – доля стехиометрической смеси исходных реагентов в реакционной смеси.

В нашем случае

,

.

.

.

2 Определим равновесные степени превращения по формуле [2, с.22]:

;

.

Задача 8

В реакторе протекает реакция: А+2В 2R+S. Начальные количества ; . В реакционной смеси, выходящей из реактора . Известно, что в равновесной смеси содержится . Определить выход продукта .

1 Выход продукта можно определить из следующего соотношения:

2 Степень превращения реагента А можно определить следующим образом:

;

3 Равновесную степень превращения реагента А можно определить из выражения:

;

4 Определим выход продукта:

Задача 9

Определить необходимое время пребывания τ в РИС-П для достижения Х_А = 0,9.В реакторе проводится изотермическая необратимая реакция второго порядка, реактор заполнен частично веществом А, мольная масса 110кг/кмоль, плотность исходного раствора и продукта 1100кг/м³ и1320кг/м³, константа химической реакции К =0,8м³/моль ч.

Задачу решаем двумя способами без учета плотности и с учетом плотности.

1 Определим τ_рис-п без учета изменений плотности:

1.1 Изобразим схему расчета:

Рисунок 5 - Расчетная схема

2 Определим τ_рис-п с учетом изменения плотности( объема):

2.1 Изобразим схему расчета

Рисунок 6 - Схема расчета

2.2 Определим степень изменения объема :

[мет. 2 с.30]

Принимаем , что объем и плтности взаимосвязаны следующим образом.

где это объем и плотность смеси в данный, объем и плотность в начальный момент времени.

По условию, если ХА =1, то

2.3 Определим С_А.О:

2.4 Определим концентрацию С_А :

Примечание: задачу решаем в общем виде.

2.5 Определим скорость химической реакции:

2.6 Определим τ_рис-п :

Подставим значение скорости и получим:

Проинтегрируем и получим:

Подставим численные значения:

Задача 10

Р ассчитать объём реактора идеального вытеснения (РИВ) при проведении в нём реакции: А R+SО.

Условия:

1 Объёмный расход исходного компонента ;

2 Начальная концентрация ;

3 Константа скорости химической реакции

4 Степень превращения .

Примечания:

1 Данная реакция второго порядка (это следует из уравнения реакции и размерности константы скорости химической реакции);

2 Размерность величин переведём в систему СИ , так как объёмный расход и константа скорости химической реакции приведены в разных размерностях.

Рассчитаем объём реактора идеального вытеснения:

;

.

Задача 11

Определить какое количество вещества А можно переработать в РИС-П за сутки при проведении реакции : , если

объём РИС-П ;

степень превращения ;

константа скорости реакции ;

начальная концентрация реагента А ;

коэффициент заполнения реактора ψ=0,8;

время загрузки и выгрузки за одну операцию 30 мин;

1 Изобразим алгоритм расчета на схеме:

Рисунок 7 – Алгоритм решения

2 Определим

3 Определим

4 Определим N

5 Определим количество вещества

6 Определим

7 Определим

Задача 12

В реакторе идеального смешения периодического действия (РИС-П) проводится изотермическая реакция: . Реактор заполнен чистым веществом А, мольная масса М которого 110 . Плотность вещества . Степень превращения вещества . Константа равновесия . Продолжительность вспомогательных операций . Объём реактора ; степень заполнения реактора исходным реагентом .

Определить продолжительность реакции , производительность реактора и количество вещества А, подвергнутого превращению в 1 реактора за 1 , то есть интенсивность реактора I.

Рисунок 8 – Схема расчёта

1 Определим начальную концентрацию реагента А:

;

.

2 Определим продолжительность химической реакции:

;

.

3 Определим производительность реактора:

,

где ;

.

4 Определим интенсивность реактора:

;

.

Задача 13

Определить объём РИВ ( ) для гомогенной реакции: 4А R+6S.

; ; ; .

Мольный расход .

Примечания:

1 Реакция протекает с изменением объёма, нужно учесть .

2 Считать, что реакция протекает по первому порядку

;

( );

;

;

Отношение объемов определяется по формуле [1. стр. 22]

где β- доля стехиометрической смеси, исходных реагентов в исходной смеси.

ε_А=0,25-1=-0,75;

Задача 14

Рассчитать максимальный секундный расход (мольный расход) вещества А при соблюдении следующих условий:

1 В изотермическом РИС-Н проводится обратимая экзотермическая реакция

А R+6200 кДж/кмоль.

2 При оптимальной температуре 49 степень превращения составляет 60 %.

3 Для создания изотермических условий используется погружной водяной холодильник с поверхностью теплообмена .

4 Коэффициент теплопередачи .

5 Температура на выходе из холодильника составляет .

1 Составим тепловой баланс для изотермического реактора:

или ,

Где

2 Выражаем из уравнения теплового баланса мольный расход:

;

(0,012 ).

Задача 15

Рассчитать длину труб теплообменника для осуществления процесса, описываемого ниже.

В реакторе полупериодического действия проводится реакция взаимодействия в жидкой фазе продукта А с концентрацией 25 масс.% с первоначально загруженным в количестве 500 л продуктом В с концентрацией 38 масс.%.

Скорость подачи реагента А составляет 6,23 . Температура на входе 25 . Плотность раствора . Тепловой эффект реакции 5000 . Для проведения реакции следует поддерживать температуру , что достигается с помощью теплообменника, диаметр трубок которого d=250 . Расход хладоагента должен быть таким, чтобы его температура не превысила 25 . Коэффициент теплопередачи . Теплоёмкость смеси реагентов .