Пример 13

Пример 12.

Определить объем реакторов смешения (рис. 7), если входящий поток делится поровну, а степень превращения в реакторе вытеснения равна степени превращения в каскаде реакторов смешения. Объемы реакторов смешения равны.

Дано:

реакция А → R;

объемный расход исходного вещества G₀ =100 л/мин;

константа скорости реакции k= 0,0205 с ^-1;

порядок реакции n=1;

объем реактора вытеснения V_p2= 50 л.

G₀₁

V_p1 V_p2

G₀

V_p3

G₀₂

Рис. 7. Cмешанный тип и схема соединения реакторов

Решение.

Определяем степень превращения в реакторе идеального вытеснения:

где

Для каскада реакторов воспользуемся формулой 25 для расчета конечной концентрации в каскаде:

или откуда находим время пребывания в одном реакторе смешения каскада:

а следовательно,

Рассчитать объемы РИС-Н и РИВ до достижения заданной степени превращения х_А и сравнить их объемы.

Дано:

реакция А+ В = R + S;

концентрация реагента А в потоке, с_{А, пот} - 0,16 моль/л;

Концентрация реагента В в потоке, с_{В,­ пот} - 0,12 моль/л; Объемный поток реагентов, G_V,0 = G_V,А + G_V,В = 6 м³/ч; Соотношение потоков G_V,А / G_V,В = 1:3; Константа скорости, К- 5,0 л/моль × мин; Степень превращения, х_A - 0,7.

Реагенты А и В загружаются отдельными потоками, смешиваясь в определенном соотношении перед входом в реактор.

Решение.

1. Расчет РИС – Н

Объем реактора рассчитывается по уравнению (6), преобразовав в виде:

,

уравнение скорости реакции

u_r,A = к · с _А,0 (1 – х_A) · с_B,0 (1– х_B).

Определим с_А,0 и с_B,0:

;

.

Для удобства расчета скорости выразим х_B через х_A:

.

Так как, исходя из стехиометрии, количество А, вступившего в реакцию, равно В, то с_B,0 – с_B = с_А,0 – с_А,

следовательно,

.

Выразим с_B,0 через с_А,0:

, откуда с_B,0 = 2,25 · с _А,0, тогда;

.

Следовательно:

ur,_А = 2,25 · к · с_А,0² (1- х_A) (1- 0,44х_А);

ur,_А = 2,25 · 5 · 0,04² (1-0,7) (1-0,44·0,7) = 37,4·10^-4 моль/л·мин;

.

2. Расчет РИВ

,

u_r,_А = 2,25 · к · с_А,0² (1 – х_A) (1– 0,44х_А)

Найдем значение интеграла графическим методом. Для этого построим зависимость от (х_A). Принимая значения х_A с шагом 0,1, рассчитаем скорость реакции υ_r (уравнение 6) и обратное значение скорости . Результаты расчета сведем в таблицу 3.

Таблица 3. Зависимость скорости реакции от степени превращения

Расчетные величины	Число точек
хA		0,2	0,4	0,5	0,6	0,7
ur*10^3моль / л *мин		13,1	8,97	7,02	5,3	3,74
1/ ur л* мин/ моль	56,6	76,3

Построим график зависимости обратной скорости от степени превращения и рассчитаем площадь под кривой.

Рис. 8. График зависимости обратной скорости реакции от степени превращения

Примечание: для нахождения площади под кривой необходимо:

1) выбрать единицу измерения площади (квадрат, прямоугольник) и определить ее площадь путем умножения значений сторон с учетом размерности. Например, масштаб выбранного прямоугольника (рис.8) будет равен произведению х_А на 1/ υ _r, т.е. 0,1·50=5 л·мин/моль·см²;

2) определить число целых и дробных единиц измерения площади (квадрат, прямоугольник) путем их суммирования;

3) найти площадь умножением полученной суммы на масштаб;

S= = Σs · 50.

Площадь под кривой равна = 41,4 л·мин/моль.

Так как G_v,0= 6 м³/час или 0,1 м³/мин,

то V_рив= G_v,0 · c_А,0· = 0,1· 0,04· 41,4 = 0,166 м³ или 166 л.

Сравнивая объемы Vрис-н и Vрив, можно сделать вывод, что РИВ является более эффективным реактором, чем РИС-Н.

Дата добавления: 2015-06-04