Расчеты реакторов различных типов

Задача ОХТ 77. В однослойном каталитическом реакторе, работаю-щем в режиме идеального вытеснения, осуществляется обратимая экзотермическая реакция окисления SO2 в фильтрующем слое ванадиевого катализатора: SО2 + 0,5О2 = SО3. Температура в слое катализатора равна 570 °С (считаем ее постоянной во всем слое). Исходный газ содержит [% (об.)]: SО2 - 11; О2 - 10; N2 - 79. Расход газа 15500 м3/ч. Скорость газа в аппарате w = 1,4 м/с. Константа скорости реакции окисления SО2 в SОз при 585 °С равна 13,7. Константа равновесия определяется по формуле:

4905/T - 4,6455

Энергия активации E = 87800 кДж/моль. Коэффициент запаса фэ = 1,3.
Определить: 1) реакционный объем реактора, т. е. объем катализатора, который следует загрузить в реактор, чтобы обеспечить степень превращения SО2 в SО3, равную 0,5; 2) диаметр реактора и высоту слоя катализатора.

Скачать решение задачи ОХТ 77

Задача ОХТ 78. Газ, выходящий из реактора окисления аммиака, быстро охлаждают для конденсации из него основной части водяных паров. Газ содержит [% (мол.)]: NO - 9; NO2-1; O2 - 8. До поступления на абсорбционные колонны, где получается азотная кислота, газ окисляется до отношения NО2: NO, равного 5:1. Расход газа на входе в реактор 10000 м3/ч, давление газа 0,1 МПа. Рассчитать объем реактора вытеснения, необходимый для достижения указанной цели, в предположении, что охлаждение является достаточно эффективным для поддержания постоянной температуры реакционной смеси на уровне 20 °С.

Скачать решение задачи ОХТ 78

Задача ОХТ 79. Уксусный ангидрид подвергают гидролизу в реакторе с мешалкой, работающем в режиме полного смешения. Концентрация уксусного ангидрида в исходной смеси СНач = 0,3 моль/л. Степень превращения (по отношению к исходной смеси) xКон = 0,7. Объемный расход жидкости постоянен VСм = 20 л/мин. Процесс идет при большом избытке воды. Константа скорости гидролиза k = 0,38 мин-1. Определить: 1) объем единичного реактора смешения, обеспечивающий заданную степень превращения; 2) реакционный объем, требующийся для проведения того же процесса при тех же условиях в реакторе идеального вытеснения; 3) число ступеней, т. е. единичных реакторов смешения, требующихся для того, чтобы общий реакционный объем приближался к объему реакто¬ра вытеснения.

Скачать решение задачи ОХТ 79

Задача ОХТ 80. Реакция 2А = В + С протекает непрерывно в батарее из трех реакторов с перемешиванием при расходе реагентов Vcм =10 м3/ч. Концентрация вещества А в исходном растворе САнач = 1,5 кмоль/м3, концентрации С и В равны 0. Константа скорости прямой реакции k1 = 10 м3/(кмоль-ч), константа равновесия K =16,0. Необходимая степень превращения должна составлять 80% от равновесной. Определить объем одного реактора, полагая, что на всех ступенях он одинаков.

Для производства 50 т/сут этилацетата по реакции

С2Н5ОН (A) + СН3СООН (B) = СН3СООС2Н5 (C) + Н2О (D)

запроектирован реактор с мешалкой периодического действия. Реакция протекает в жидкой фазе при 100°С по уравнению

uA = k (CA*CB-(CD*CR/K))

где k = 7,93*10^-6 м3/ (кмоль - с) ; K = 2,93. Загруженный в реактор водный раствор плотностью 1020 кг/м3 содержит 23% (масс.) кислоты и 46% (масс.) этанола и не содержит этилацетата. Его плотность остается неизменной на протяжении всего процесса. Заданная степень превращения кислоты 35%. Время загрузки и разгрузки реактора 1 ч.
Затем производство перевели на непрерывное, сохраняя тот же состав исходной смеси и ту же степень превращения. Рассчитать: 1) объем реактора при периодическом производстве; 2) какова производительность реактора, если он будет работать непрерывно; 3) какой объем реакционной зоны необходим, если реакция проводится непрерывно в трехступенчатом реакторе смешения. Для упрощения расчета принимается, что процесс происходит в кинетической области при изотермическом режиме во всех типах реакторов.

Скачать решение задачи ОХТ 80

Расчеты каталитических процессов и реакторов

Задача ОХТ 81. Определить производительность 1 м3 катализатора синтеза аммиака при следующих условиях: концентрация [%(об.)] аммиака в конечном газе (на выходе из реактора) Скон = 26,5, в начальном газе (на входе в реактор) Снач = 2,7. Объемная скорость газа 1/об = 45 000 м3/ (ч - м3).

Скачать решение задачи ОХТ 81

Задача ОХТ 82. Определить объем катализатора икат в колонне синтеза аммиака и время контакта т газа с катализатором по следующим исходным данным: производительность реактора 96 т NН3 в сутки; давление Р = 80 МПа; температура t = 500°С; объемная скорость Vоб = 60000 м3/(ч-м3); степень превращения x=20%. Свободный объем катализатора Vси = 30% от общего его объема. На 1 т NН3 расходуется 3000 м3 азотоводородной смеси. Для упрощения расчета наличие инертных примесей в газе не учитывать.

Скачать решение задачи ОХТ 82

Задача ОХТ 83. В лабораторном реакторе ведется изучение процесса окисления метанола в формальдегид на твердом оксидном катализаторе избирательного действия. Установка имеет циркуляционную схему с выводом продукта из цикла. Скорость циркуляции смесл через установку (с помощью насоса) во много раз превышает скорость подвода исходного газа и отвода продукта, и степень превращения за один проход газа через реактор составляет очень малую долю общей степени превращения. Окисление метанола идет по необратимым реакциям:

СН3ОН + 0,5О2 = СН2О + Н20 (1)
СН2О + 0,5О2 = СО + Н2О (2)

Определить константы скоростей реакций (1) и (2) в присутствии избирательного катализатора по следующим исходным данным: расход газа Vг - 10 л/ч; объем катализатора Vкат=5 см3; начальная концентрация СН3ОН в метаноло-воздушной смеси Бензол = 6,5% (об.); общая степень превращения СН3ОН х1 = 0,98; степень превращения СН3ОН в продукт (формальдегид) х2 = 0,9.

Скачать решение задачи ОХТ 83

Задача ОХТ 84. По данным лабораторного исследования, рассмотренного в Задача ОХТе 3, определить размеры однополочного реактора КС производительностью П= 15000 т в год формалина с концентрацией 37% СН2О: диаметр реактора D; объем катализатора; высоту слоя катализатора (в покое). Линейная скорость газа wг = 0,6 м/с.

Скачать решение задачи ОХТ 84

Задача ОХТ 85. Для тех же условий, а также заданных и найденных ранее параметров (см. примеры 3 и 4) ориентировочно определить объем катализатора в реакторе КС для окисления метанола в формальдегид при секционировании реактора на три слоя. Заданная степень превращения x1 = 0,98.

Скачать решение задачи ОХТ 85

Задача ОХТ 86. Экзотермическая реакция первого порядка протекает в фильтрующем слое катализатора. Начальная температура в слое tнач = 3000С. В результате адиабатического режима в реакторе температура в слое повышается до tкон. Ту же реакцию проводят затем в реакторе со взвешенным слоем катализатора при режиме, близком к полному смешению.
Определить соотношение констант скоростей данной реакции в изотермических условиях взвешенного слоя и в адиабатических условиях неподвижного слоя по следующим данным: заданная степень превращения х = 0,35; энергия активации каталитической реакции E = 20 000 кДж/кмоль; тепловой эффект реакции q = 22800 кДж/кмоль; теплоемкость реакционной смеси с = 19 кДж/(кмоль-°С); концентрация основного исходного веще¬ства на входе в реактор Сисх = 5,2-10-3 кмоль/м3.

Скачать решение задачи ОХТ 86

Задача ОХТ 87. Реакцию окисления N0 проводят на катализаторе - активном и промотированном угле. Изучение кинетики этой каталитической реакции показало, что ее скорость [кмоль/(кг-ч)] можно описать эмпирическим уравнением

u = pNO^2 * pO2 / (a + b*pNO^2 + c*pNO2^2)

где а = 16,19; 6 = 4,842- 105; с= 135.
Насыпная плотность катализатора ркат = 480 кг/м3; P = 0,3 МПа. В исходной газовой смеси содержится 1,5% (мол.) N0, остальное - воздух.
Определить объем реактора производительностью 50 т NО2 в сутки, обеспечивающий степень превращения x = 90%.

Скачать решение задачи ОХТ 87

Задача ОХТ 88 Каталитическая газовая реакция А -> 4R протекает под давлением 0,31 MПа при 117°С в лабораторном реакторе идеального вытеснения. Через него пропускают исходную газовую смесь, которая включает продукт, образующийся из чистого вещества А. Расход реагента А составляет 20 л/ч. Получены следующие результаты:

Каталитическая газовая реакция А -> 4R протекает под давлением 0,31 MПа при 117°С в лабораторном реакторе идеального вытеснения. Через него пропускают исходную газовую смесь, которая включает продукт, образующийся из чистого вещества А. Расход реагента А составляет 20 л/ч. Получены сле

а. Определить, каково кинетическое уравнение этой реакции.

б. Применяя найденное кинетическое уравнение, найти объем катализатора (л), который обеспечивает степень превращения А в R, равную 0,35, при заданных T и P и скорости подачи исходного реагента 2000 моль/ч.

Скачать решение задачи ОХТ 88

Задача ОХТ 89. В опытном трубчатом реакторе, в котором находится 2 г (1 см3) катализатора, производится исследование кинетики газовой каталитической реакции А -> R. Исходную газовую смесь, содержащую различные количества продуктов реакции, пропускают через установку, замеряя концентрацию вещества А до контакта с катализатором и после него. Результаты анализов следующие:

Скорость подачи газовой смеси Vг = 0,01 л/с при давлении P = 1,013-105 Па и температуре t = 450°С. Определить: а) кинетическое уравнение этого процесса в единицах концентрации газа и при отнесении скорости к насыпному объему катализатора: б) объем реактора идеального вытеснения, который обеспечил бы степень превращения х вещества А, равную 50%, при скорости подачи газа Vг = 20 кмоль/ч.

Скачать решение задачи ОХТ 89

Задача ОХТ 90. Процесс каталитического окисления аммиака происходит в реакторе поверхностного контакта при давлении Р = 0,1 МПа. Определить необходимую высоту слоя катализатора (пакеты сеток из платины) в реакторе для следую¬щих исходных данных, состав исходного газа [%(об.)]: NН3- 10 воздух - 90. Степень превращения NН3 в NO - 0,95. Температура исходного газа 20°С. Температура в зоне реакции ниже обычно применяемой и составляет 700°С. Производительность реактора (считая на 1 м2 поверхности катализатора) 600 кг NH3 в сутки. Массовая скорость газа Сг = 573,6 кг/(м2-ч). Диаметр платиновой проволоки (из которой выполнены сетки) 0,06 мм.

Скачать решение задачи ОХТ 90

Задача ОХТ 91. Определить гидравлическое сопротивление филь» трующего слоя катализатора высотой H = 1,7 м в реакторе диаметром D = 2,5 м. Расход газа Vг = 8500 м3/ч, плотность газа рг = 0,45 кг/м3, вязкость газа мг= 0,294- 10-4 Па-с. Удельная внешняя поверхность зерен катализатора SУД = 415 мг/м3, порозность е = 0,43. По данным исследований принято, что число т частиц катализатора в 1 м3 слоя составляет 10^6. Определить также коэффициент формы Ф и эквивалентный диаметр dэ каналов в слое.

Скачать решение задачи ОХТ 91

Задача ОХТ 92. В лабораторном реакторе исследуется каталитическая реакция во взвешенном слое катализатора Фишера - Тропша (никелевый прессованный). Исходные данные: диаметр реактора D = 0,61 м; объем слоя в покое V = 0,093 м3; массовая скорость газа Gг = 7,0 кг/(м2-ч); плотность частиц катализатора р = 5000 кг/м3; коэффициент сферичности частиц Ф = 0,58; вяз¬кость газа мг = 0,256*10^-3 Па-с; плотность газа на входе в тор рг.вх= 14,45 кг/м3, на выходе ргвых= 16,52 кг/м3, Определить: а) наибольший размер частиц dmax, при котором начинается их взвешивание; б) степень расширения слоя, полагая dcp= 0,6*dmax

Скачать решение задачи ОХТ 92

Задача ОХТ 93. В реакторе со взвешенным слоем серебряного катализатора (нанесенного на алюмосиликатный носитель) ведется процесс неполного окисления метана природного газа с целью получения формальдегида. Начальный состав газовой смеси [природный газ, содержащий 97,1% (об.) СН4, с добавлением воздуха], % (об.): СН4 -26,5; О2-14,8; N2 -58,7. Конечный состав газовой смеси (после извлечения растворимых продуктов реакций), % (об.): СН4 -25,8; О2-11,8; СО2 -0,2; СО -0,4; СnНm- 0,2; Н2-1,0; 1N2 - 60,5. Объемная скорость газа Vоб = 3000 ч-1; температура в зоне реакции 750°С. На 1 м3 природного газа получается 30 г СН2О и 3,4 г СН3ОН. Диаметр реактора 1 м. Частицы катализатора сферические, средний диаметр dср = 1,5 мм. Плотность катализатора рт=1200 кг/м3. Плотность газа рг = 1,215 кг/м3 (в рабочих условиях). Вязкость газа мГ = 1,835*10^-5 Па-с (в рабочих условиях).
Определить: а) степень превращения х метана в целевые продукты - формальдегид и метанол; б) критическую wвзв и рабочую wр скорости взвешивания; в) производительность реактора П, объем катализатора vкат, высоту его слоя Н и гидравлическое сопротивление P.

Скачать решение задачи ОХТ 93

Задача ОХТ 94. В реактор установки каталитического крекинга с движущимся слоем шарикового катализатора поступают параллельно потоки паров сырья и катализатора.
Известны следующие характеристики процесса: поток сырья GС=13,5 кг/с (48,6 т/ч); поток катализатора Gкат = 27 кг/с (97,2 т/ч); температуры поступающего сырья ТСнач = 748 К и поступающего катализатора Ткатнач =783К; теплоемкости сырья с = 3000 Вт-с/(кг-К) и катализатора скат=1000 Вт-с/(кг-К); диаметр зерен катализатора d = 0,003 м; порозность в реакционной зоне е = 0,5; коэффициент теплоотдачи от зерен катализатора к парам сырья a = 465 Вт/(м2-К). Определить объем зоны интенсивного теплообмена vкатт, на выходе из которой температуры потоков отличаются на 1 °С от температуры теплового равновесия.

Скачать решение задачи ОХТ 94

Задача ОХТ 95. Каталитическое окисление SO2 в SО3 должно производиться в четырехполочном реакторе со взвешенными слоями ванадиевого катализатора. Состав исходного газа [% (об.)]: SО2-11; О2-10; N2 -79. Общая степень превращения х = 0,97. Принимается следующее распределение степени превращения по полкам реактора (слоям катализатора):

1. Построить оптимальную и равновесную кривые х - Т, а также изотермы, отвечающие температурному режиму в каждом слое.
2. Определить константу скорости реакции и ориентировочно объем катализатора в первом и втором слоях по следующим дополнительным данным: скорость газовой смеси (расход газа) в условиях первого слоя VГ1 = 31000 м3/ч; коэффициент запаса ф3, = 1,1- для первого слоя, Ф32=1,2 - для второго слоя.
3. Определить поверхность холодильников, погруженных во второй слой катализатора по следующим дополнительным дан¬ным.
По данным материального баланса на входе во второй слой расход компонентов газа V и их удельная теплоемкость с составляют:

Физические и гидродинамические параметры, характеризующие условия второго слоя: Аr = 2,26-104 (значение критерия Архимеда определено аналогично Задача ОХТам 14 и 15); диаметр частиц dч=0,0015 м; теплопроводность газа лг = 0,06 Вт/(м-°С); плотность газа рг = 3,74 кг/м3; кинематический коэффициент вязкости мг = 6,6*10^-5 м2/с. Холодильник выполнен из стали, диаметр труб dтр = 0,035 м, толщина стенки бСТ = 2,5 мм, теплопроводность лСт = 46,4 Вт/(м-°С). Температура воды: tнач = 15°С; tкон = 80°С. При средней температуре воды (tНач + tКОН)/2 = 47,5°С: мв = 0,57*10^-3 Па-с, лв = 6,45 Вт/(м-°С). Скорость течения воды по трубам wХол = 0,4 м/с.

Скачать решение задачи ОХТ 95

Задача ОХТ 96. Выполнить ориентировочный расчет колонны синтеза аммиака по следующим исходным данным. Синтез аммиака производится в полочном реакторе (колонне) со взвешенными слоями железного мелкопористого катализатора, промотированного добавками Аl2О3, К2О, СаО, SiO2. Выбранный катализатор устойчиво эксплуатируется в следующих пределах рабочих температур: tМакс = 540°С, tмин = 475°С. Плотность частиц катализатора рт = 3500 кг/м3. Для проведения синтеза при температурном режиме, близком к оптимальному, число полок (слоев катализатора) принято i = 5.
Фракционный состав катализатора с учетом исследования гидродинамики процесса выбран следующий (d - диаметр частиц) :
Первый и второй слои d1= d2=1,5 мм
Третий и четвертый слои d3 = d4 = 2,0 мм
Пятый слой d6 = 2,5 мм
Колонна синтеза работает под давлением 30 МПа с вторичной конденсацией аммиака. Соотношение Н2: N2 в исходной азотоводородной смеси близко к стехиометрическому. Содержание инертных примесей (СН4 + Аг) в газе Син = 0,96% (об.). Динамический коэффициент вязкости газовой смеси при 30 МПа мг = 3,0*10^-5 Па-с. Данные материального баланса колонны синтеза для этих исходных условий приведены без расчета в следующей таблице:

а. Определить содержание аммиака в равновесной газовой смеси в выбранном интервале температур, построить равновесную кривую и кривую оптимальных температур.
б. Определить критические скорости взвешивания, рабочие скорости газа и площадь сечения катализаторной коробки реактора.
в. Рассчитать константы скорости реакции и определить высоту слоев и общий объем катализатора, загружаемого в реактор; определить гидравлическое сопротивление слоев катализатора.

Скачать решение задачи ОХТ 96

Создание качественных сайтов любой степени сложности RODC: Сайт создать | Создание сайтов | Сделать сайт | Продвижение сайтов | Раскрутка сайта | Дизайн сайтов
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100