166724 (Основы химической технологии), страница 3

Рисунок 9 - Схема расчёта

1 Составим тепловой баланс реактора

=0.

( ); ;

; ; ;

.

2 Определим начальную концентрацию компонента А

;

.

3 Определим поверхность теплообмена:

;

( ),

Выбираем одноходовой кожухотрубчатый теплообменник (n=37, d=259 ).

Выразим длину трубок теплообменника из следующего соотношения:

,

Откуда

;

.

Задача 16

Определить температуру нагревания реагента А на входе в РИС-Н адиабатически при осуществлении необратимой экзотермической реакции А R.

Тепловой эффект химической реакции .

Степень превращения .

Температура проведения реакции .

Теплоёмкость .

1 Составим тепловой баланс реактора:

,

Где

.

2 Выразим из последнего выражения :

;

.

Задача 17

Определить количество теплоты, которое необходимо отводить в РИС-Н при проведении в нём обратимой экзотермической реакции А+B R+18000 , с тем, чтобы обеспечить максимальную степень превращения реагента А( ).

Температура реакционной смеси на входе в реактор .

Теплоёмкость .

Известна также экспериментальная зависимость, представленная в таблице 6.

Таблица 6 – Экспериментальная зависимость степени превращения от температуры Т

1 Из экспериментальной зависимости, представленной в таблице 6, видно, что максимальная степень превращения реагента А достигается только при температуре реакционной смеси, равной 42 . Для этой температуры и будем производить все дальнейшие расчёты.

2 Принимаем, что реактор работает в политропическом режиме

3 Составим уравнение теплового баланса для реактора, работающего в политропическом режиме:

;

.

.

преобразуем последнее выражение к следующему виду:

,

Откуда

;

Следовательно, режим работы реактора должен быть адиабатическим.

Задача 18

Определить объёмные расходы реагентов и в РИС-Н при проведении реакции А+В=R+S. Объём РИС-Н

л; ;

; ; ; .

1 Составим алгоритм расчёта:

Рисунок 10 – Схема расчёта

2 Определим начальные концентрации компонентов А и В в смеси:

Принимаем

;

;

;

;

3 Определим концентрации реагентов А и В в реакционной смеси:

,

Откуда

;

;

,

Откуда

;

;

;

;

;

.

4 Определим скорость химической реакции:

;

.

5 Определим время пребывания реакционной смеси в аппарате:

;

(1 200 000 с).

6 Определим объёмные расходы реагентов А и В:

;

;

;

.

Задача 19

Скорость превращения в реакции А 2R описывается кинетическим уравнением первого порядка .

Вычислить среднее время пребывания реагирующей смеси, необходимое для достижения в К-РИС из четырёх реакторов (N=4).

Какое время пребывания реакционной смеси потребовалось бы для достижения такой же степени превращения в РИС-Н?

1 Определим среднее время пребывания реагирующей смеси в К-РИС:

,

где - время пребывания реагирующей смеси в одном реакторе.

;

( ),

( ).

2 Определим среднее время пребывания реагирующей смеси в РИС-Н:

, так как в данном случае N=1,

;

( ).

Задача 20

Определить объём реактора идеального смешения непрерывного действия (РИС-Н), каскада реакторов идеального смешения (К-РИС), реактора идеального вытеснения (РИВ), при проведении реакции второго порядка: 2А R+S.

Условия:

1 Начальная концентрация ;

2 Константа скорости химической реакции ;

3 Степень превращения ;

4 Первоначальный расход смеси

Примечание: объём реакционной смеси на протяжении всей реакции остаётся постоянным.

1 Определим время пребывания реакционной смеси в реакторе идеального смешения и его объём:

;

;

;

.

2 Определим время пребывания реакционной смеси в реакторе идеального вытеснения и его объём:

;

;

;

.

3 Для каскада реакторов идеального смешения принимают, что все секции имеют одинаковый объём, причём

.

.

Построим зависимость скорости химической реакции от концентрации:

;

Так как

, ;

Например,

Построение продолжается до тех пор, пока не будет обеспечена заданная степень превращения, то есть при выполнении следующего условия:

;

.

Дробного числа секций быть не может, принимаем число секций равным 4, причём четыре секции дают степень превращения больше, чем требуется по условию.

;

;

.