Сравнение и выбор химических реакторов

Пример 6-1. Газофазная реакция А-(k)->2R описывается уравнением -rA=6,57-10-4CA00,7 моль/(м3-с). Реакция проводится при следующих условиях: температура t=150°С; давление р = 3,5 атм; исходное сырье не содержит продуктов реакции, но имеет 12 % (об.) инертных примесей. Подачу сырья осуществляют с объемной скоростью v0=5.6-10-3 м3/с (при рабочих условиях).
Определить: 1) степень превращения в реакторе вытеснения объемом V = 2 м3; 2) степень превращения для реактора периодического действия объемом V = 2 м3, если время загрузки и выгрузки составляет 10 % от времени реакции.

Пример 6-2. Дана эндотермическая реакция А –(k)-> R первого порядка с константой скорости k = 3,69-107 ехр(-62300/RT) 1/с. Тепловой эффект реакции Hr = 18650 кДж/(кмоль-А). Теплоемкость смеси ср = 1,21 кДж/(кг-К). Плотность смеси р = 890 кг/м-3. Начальная концентрация СA0= 1,7 кмоль/м3. Изменение теплоемкости от температуры ср = 0. Температура исходной смеси t0=58°С. В начальный момент времени в смеси продукты реакции отсутствуют СR4 = 0.
Известно, что для реактора вытеснения, работающего в адиабатических условиях, при скорости подачи v0 = 1,2-10-3 м3/с достигается степень превращения ХA = 0,68.
Определить степень превращения для реактора идеального смешения с объемом, равным объему реактора идеального вытеснения, работающего в адиабатических условиях, при той же скорости подачи смеси в случае одно-, двух-, трех- и четырехсекционного (секции равного объема) аппарата.

Пример 6-3. Дана жидкофазная необратимая реакция второго порядка без изменения плотности, уравнение скорости которой имеет вид: -rA=k*CA^(2)
Проанализировать, каким образом введение рецикла может повлиять на степень превращения, если общая нагрузка системы остается без изменений, для реактора идеального смешения и реактора идеального вытеснения.
На основании полученной зависимости рассчитать степень превращения, если объемная скорость рецикла составляет 0,25 от исходной скорости подачи. Известно, что без рецикла степень превращения равна ХА = 0,85.

Пример 6-4. Дана реакция второго порядка 2А-(kA)->S + D, протекающая с тепловым эффектом, равным Hr=-40800 кДж/(кмоль-А). Константа скорости реакции kА =3,82-104ехр(-З6700/RT)1/с/(кмоль/м3), средняя теплоемкость смеси ср = 81,7 кДж/(кмоль-К), начальная концентрация исходного вещества СA= 1,6 кмоль/м3, концентрация растворителя Сраств = 20 кмоль/м3, температура исходной смеси t0 = 41°С. Требуется получить степень превращения xA=0,86.

Найти время пребывания: 1) в одном реакторе смешения, работающем в адиабатических условиях; 2) в одном реакторе вытеснения, работающем в адиабатических условиях; 3} в системе, составленной из реактора идеального вытеснения и реактора идеального смешения одинаковых объемов, работающих в адиабатических условиях. Как надо расположить реакторы, чтобы получить максимальную производительность?

Пример 6-5. Доказать, что для обратимой реакции вида A <-(k1, k2)->B выход по продукту не изменится от того, какой из реакторов поставить в цепочке первым - идеального смешения или идеального вытеснения. Будет ли это справедливо для последовательной реакции первого порядка A-(k1)->B-(k2)->k2->S (CB0, = CS0 = 0, В - продукт реакции).

Пример 6-6. Дана реакция

где R - продукт.
1. Показать, что для достижения максимальной избирательности по продукту в одном аппарате целесообразно:
а) применить проточный реактор идеального смешения и провести процесс при высокой степени превращения, если 2k2/k1<(1-CA0/CB0) при СB0>CA0:,
б) использовать проточный реактор идеального вытеснения и осуществить процесс при низкой степени превращения, если 2k2/k1=1-CA0/CB0.

Пример 6-7. Дана жидкофазная параллельная реакция
А –(k1)->R (реакция изомеризации, первый порядок)
А + А –(k2)-> S (реакция димеризации, второй порядок)
Плотность реакционной смеси постоянна. При т = 0 концентрации СR0=CS0=0.
Найти выражения для определения максимального выхода по продукту R в реакторах идеального смешения и идеального вытеснения.

Пример 6-8. Дана необратимая реакция А + В–(k)->R + S, где R- продукт реакции. Константа скорости k = 7,8-10-3 1/с/(кмольм3). Начальные концентрации СA0 = 8,0-10-2 кмоль/м3, СB0= 8,72-10-2 кмоль/м3. Известно, что при т = 0 СR0, = CS0 = 0.
Определить оптимальную скорость подачи исходных веществ, необходимую для получения минимальной себестоимости продукта как для реактора идеального смешения, так и для реактора идеального вытеснения, если Vcм = Vвыт = 0,5 м3. Цена вещества В в пересчете на 1 кмоль равна 68 руб/(кмоль В). Цена вещества А в пересчете на 1 кмоль составляет 14 руб/(кмоль А). Производственные затраты на обслуживание реактора смешения 3,8-10-3 руб/(с-м3). Производственные затраты на обслуживание реактора вытеснения 18,2-103 руб/(с-м3).

Пример 6-9. Дана необратимая реакция А –(k)->R + S (где R - продукт реакции). Константа скорости k = 6,5-10-4 1/с, CA0 = 0,095 кмоль/м3. Имеются: 1) реактор идеального смешения объемом V1 =0,52 м3; 2) реактор идеального смешения объемом V2 = 0,87 м3: 3) реактор идеального вытеснения V3 =0,44 м3. Производственные затраты на обслуживание, соответственно: 1) 3,8-10-4 руб/(с-м3); 2) 3,1-10-4 руб/(с-м3); 3) 7,410-4 руб/(с-м3). Цена вещества А в пересчете на 1 кмоль составляет 3,5 руб/(кмоль-А).
Составить систему двух последовательно соединенных реакторов так, чтобы себестоимость продукта К была наименьшей. Определить эту себестоимость.

Пример 6-10. Дана обратимая реакция А <-(k1, k2)->R. Константа скорости
k1=4,87-10-3 1/с, константа равновесия Кс = 5,4, начальные концентрации веществ СA0=0,25 кмоль/м-3, СR0 = 0.
Имеются: 1) реактор идеального смешения объемом V = 1,8 м3; 2) реактор идеального вытеснения объемом V = 1,8 м3. Производственные затраты на обслуживание реактора смешения 8,0-10-3 руб/(с-м3). Производственные затраты на обслуживание реактора вытеснения 9,6-10-3 руб/(с-м3). Цена вещества А в пересчете на 1 кмоль 6,4 руб/(кмоль-А). Оптовая цена продукта в пересчете на 1 кмоль 25,9 руб/(кмоль-К).
После реактора проводится разделение продукта и непрореагировавшего вещества, причем потери продукта отсутствуют, а потери вещества А составляют 22 % от непрореагировавшего количества А. Производственные затраты на разделение составляют 0,82 руб/(кмоль непрореагировавшего вещества А). Выделенное вещество можно снова использовать в производстве.
Определить максимальный доход при использовании реактора вытеснения и реактора смешения, а также определить при этом себестоимость продукта.

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