Пример 15

Пример 14.

Определить объем одного реактора и время пребывания реагента в каскаде реакторов.

Дано:

реакция А+ В = R + S;

начальная концентрация реагента А с_А,0 = 0,3 моль/л;

степень превращения х_А= 0.7;

объемный расход G_v,o = 20 л/мин;

константа скорости k = 0,38 мин^-1;

число реакторов в каскаде равно 4.

Решение.

1. Объём реактора полного смешения, необходимый для достижения заданного степени превращения, определяем по уравнению:

, где

- конечная концентрация реагента А.

моль/л;

.

2. Среднее время пребывания реагентов в РИС-Н определяем из уравнения (11):

.

Время пребывания в каждом реакторе каскада будет равно:

.

Тогда объем реактора в каскаде будет равным:

.

Определить объем одного реактора в каскаде, полагая, что V₁=V₂=V₃.

Дано:

реакция 2А= R + S;

начальная концентрация реагента А_,0 = 1,5 кмоль/м³;

необходимая степень превращения х_А= 0.8 от равновесной;

объемный расход G_v,o = 10 м³/ч;

константа скорости k₁ = 10 м³/(кмоль∙ч);

число реакторов в каскаде равно 3;

константа равновесия Кр =16,0

Решение.

Равновесную концентрацию реагента А определяем из выражения

константы равновесия:

Обозначим равновесные концентрации через y.

Тогда с^*_А = 1,5-2у, с^*_В = с^*_С = y.

Подставляя в уравнение для константы равновесия, получим:

.

Решая уравнение, находим значение у =0,66 кмоль/м³. Полученное значение представляет собой равновесную степень превращения. По условию реагент А прореагирует на 80% от равновесной степени превращения:

х_А= 0,8×0,66 = 0,53 кмоль/м³

Тогда конечная концентрация реагента А составит:

с_А = 1,5- 2×0,533 = 0,43 кмоль/м³

Уравнение скорости реакции в соответствии со стехиометрическим уравнением записываем в виде

или

Зависимость рассчитана при значениях с_А от 1,5 до 0,3 кмоль/м³ с шагом 0,2.

Таблица 4. Расчетные значение скорости реакции и концентрации вещества

сА, кмоль/м^3	1,5	1,3	1,1	0,9	0,7	0,5	0,3
,м^3/(кмоль×ч)	22,.5	16,9	12,1	8,1	4,9	2,5	0,67

Построим график зависимости от с_А

Рис.9. Графическая зависимость скорости реакции от концентрации вещества

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

,

t = 0,63 ч.

Объем единичного реактора:

V _РИС-Н = G_V,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.

Дата добавления: 2015-06-04