константа скорости реакции ;

начальная концентрация реагента А ;

коэффициент заполнения реактора ш=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 в- доля стехиометрической смеси, исходных реагентов в исходной смеси.

еА=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 .

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.

;

;

.