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/м3	1,5	1,3	1,1	0,9	0,7	0,5	0,3
,м3/(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.

Задачи для самостоятельного решения

1. В каскаде из трех реакторов смешения (см. рис.10) проводится жидкофазный процесс, описываемый реакцией. А→R→S с константами скоростей реакции k₁=0.6 мин^-1, к₂ =0,3 мин^-1.

Рис.10. Последовательное соединение РИС-Н.

Время пребывания в реакторах соответственно: τ₁ = 5 мин, τ ₂ = 7 мин, τ ₃ = 10 мин. Определить концентрации всех веществ на выходе из каждого реак­тора и каскада в целом. Продукты реакции в исходном потоке отсутст­вуют, а концентрация реагента А равна 1,8 моль/л.

2. При условиях задачи 1 рассчитать концентрацию веществ в каждом реакторе (см. рис. 7.), если τ₁= 10 мин, τ₂ = 7 мин, τ₃ = 5 мин.

3. В жидкофазном процессе протекает реакция А → R. первого по­рядка с константой скорости k = 0,5 мин^-1. Концентрация вещества С_А0 = 2,4 моль/л. Требуемая степень превращения вещества А состав­ляет 80%. Определить допустимый расход вещества А в течение 1 часа для одного, двух и трех реакторов, соединенных последовательно, если объем единично­го реактора равен 0,3 м³.

4. В проточном реакторе идеального смешения проводится жидкофазная реакция первого порядка с константой скорости k = 0,25 мин^-1 и достигается степень превращения, равная 0,6. Определить степень превращения, если вместо одного реактора взять три последовательно работающих реактора идеального смеше­ния при том же реакционном объеме.

5. Жидкофазный процесс описывается простой обратимой реакцией второго порядка А + В = R. + S с константами скоростей k_х = 0,12 м³/(кмоль∙с) и k₂ = 0,05 м³/(кмоль∙с). Потоки веществ А и В подаются в реактор раздельно с равными объемными скоростями и концентрациями С_А0 = С_во = 1,4 моль/л. Процесс проводится в реак­торе идеального смешения объемом 0,1 м³. Требуемая степень превра­щения вещества А равна 0,75x_равн. Определить объемные потоки веществ А и В. Рассчитать необходи­мое количество реакторов объемом 0,02 м³, соединенных последова­тельно, для проведения данного процесса.

6. Сравнить объемы единичного реактора идеального смешения V_рис каскада, состоящего из п реакторов идеального смешения объе­мом 0,1V_рис каждый и реактора идеального вытеснения V_рив при про­ведении жидкофазного процесса, описываемого реакцией 2А —> К с константой скорости реакции, равной 0,6 м³/(кмоль∙мин). Степень превращения вещества А составляет 0,8, объемный расход вещества А с концентрацией 24 кмоль/м³ - 2,8 м³/ч.

7. Жидкофазный процесс, описываемый обратимой реакцией второго порядка А + В = R + S с константами скорости прямой k₁ = 22 л/(моль∙ч) и обратной k-₁ = 2 л/(моль∙ч) реакций, проводится в РИС-H объемом 0,5 м³. Потоки веществ А и В подаются в реактор раз­дельно с равными концентрациями: С_Аисх = С_{в исх}. После взаимного разбавления потоков концентрация С_А0 = 1,6 кмоль/м³, а соотноше­ние концентраций С_А0: С _во= 1: 1,5. Процесс проводится до ^Хв⁼ 0,6 х_в,равн. Определить объемные потоки исходных веществ и производитель­ность по продукту R.

8. Жидкофазный процесс, описываемый простой реакцией второго порядка А + В → 2R с константой скорости реакции 2 л/(моль∙мин), осуществляется в каскаде реакторов смешения. Объ­емные потоки реагирующих веществ А и В V_А0 = V_В0 = 5 л/мин. Кон­центрации веществ в потоках одинаковы и равны 1,4 моль/л. Степень превращения вещества А после первого реактора равна 0,25. Требуемая степень превращения должна быть 0,75. Определить объем реактора и количество реакторов в каскаде.

9. Жидкофазный процесс, описываемый обратимой реакцией второго порядка 2А <=> R + S с константой скорости прямой реакции k₁ = 0,9 м³/(кмоль∙ч) и константой равновесия К = 16, необходимо осуществить до степени превращения, равной 85% равновесной. Объ­емный расход вещества А при концентрации С_А0 = 40 кмоль/м³ со­ставляет 3,6 м³/ч. Определить объем РИС-H и число реакторов в каскаде при усло­вии, что объем реактора в каскаде составляет 10% объема РИС-H.

10. Определить количество вещества А, перерабатываемого за 1 час в РИС-H, РИВ и каскаде из трех одинаковых по объему реакторов иде­ального смешения (см. рис. 7) при условии, что во всех случаях объ­ем реакционной зоны равен 2,1 м³. Концентрация вещества А в исход­ном потоке составляет 3 кмоль/м³, требуемая степень превращения ве­щества А - 0,8, константа скорости реакции - 0,12 мин^-1.

11. Процесс описывается реакцией типа А → 2 R и осуществляется в установке из трех реакторов смешения (см. рис. 1). Объемы реакто­ров V_p1. = V_p2= 0,2 м³, V_p3 = 0,5 м³. Константа скорости реакции равна 0,02 с^-1. Объемный расход вещества А составляет 180 м³/ч. Концентра­ция исходного вещества А равна 2,6 кмоль/м³. Входной поток вещества А делится поровну. Определить производительность установки по продукту R.

12. Процесс описывается реакцией типа А → 2R и осуществляется в установке из трех реакторов смешения (см. рис. 4). Объемы реакторов V_p1. = V_p2= 0,2 м³, V_p3 = 0,5 м³. Константа скорости реакции равна 0,02 с^-1. Объемный расход вещества А составляет 180 м³/ч. Концентрация исходного вещества А равна 2,6 кмоль/м³. Степени превращения в ветвях установки одинаковые, Определить производительность установки по продукту R.

13. Жидкофазный процесс описывается реакцией первого порядка А→ 2R с константой скорости k= 8,3∙10^-3 с^-1. Концентрация исходного вещества составляет 0,36 моль/л. Расход реакционной смеси 0,13 м³/мин. Процесс проводится в установке из трех реакторов смешения,соединенных последовательно (см. рис. 7) объемом 0,3 м³. Определить производительность установки по продукту R.

14. Процесс, описываемый реакцией типа А →R с константой cкорости k= 0,027 c^-1, проводится в установке (см. рис. 6), состоящей из трех реакторов. Объем реактора вытеснения V_p3 = 0,05 м³. Объемы реакторов смешения V_p1. = V_p2. Объемный расход вещества А составляет 100 л/мин с концентрацией 2,8 моль/л. Определить объемы реакторов V_p1. и V_p2,если входящий поток делится поровну.

СПИСОК использованной ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.И. Игнатенков, В.С. Бесков. Примеры и задачи по общей химической технологии. М.:ИКЦ «Академкнига», 2005.-198с.

2. Ю.В.Попов, Б.И. Но Инженерная химия. Волгоград, 2003.-208с.

3. Расчеты химико-технологических процессов. А.Ф. Туболкин, Е.С. Тумаркина, Э.Я. Тарат, Е.С. Румянцева и др..; под ред. И.П. Мухленова.-Л.: Химия, 1982.-282 с.

4.Р. Михаил, К. Кырлогану Реакторы в химической промышленности. Л.: Химия, 1968.- 384 с.

5. Смирнов Н.Н.,Волжинский А.И.Химические реакторы в примерах и задачах. Л.: Химия, 1986. 226 с.

6. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1981. 6с.

7. Краткий справочник физико-.химических величин / Н.М. Барон, А.М. Пономарева, А.А. Равдель и др. Л.: Химия, 1983. 232 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………...………………….3

1. Классификация реакторов…………………………………………………………….5

1.1.Реактор идеального смешения непрерывного действия……………………..9

1.2.Реактор идеального вытеснения…………………………………………………..19

1.3. Реакторы идеального смешения периодического действия……………….27

1.4. Последовательные и параллельные схемы реакторов…………………...….34

Список использованной литературы…………….…………………...53

Геннадий Михайлович Бутов

Гаджи Рабаданович Гаджиев

Карим Рамез Саад

Расчеты химических реакторов

Учебное пособие

в авторской редакции

Темплан 2007 г., поз. № 18з

Лицензия ИД № 04790 от 18.05.01 г.

Подписано в печать___________________. Формат 60×84 1/16

Бумага газетная. Печать офсетная. Усл. печ. Л. 302

Уч.-изд. Л. 312. Тираж 150. Заказ____

Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. Ленина,28.

РПК «ПОЛИТЕХНИК»

Волгоградского государственного технического университета.

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.