Материальный и тепловой балансы химического процесса

Пример 2-1. В реакторе идеального смешения происходят следующие реакции;

Начальная концентрация исходного вещества СА= 1 кмоль-м-3; текущие концентрации веществ [в кмоль-м-3]: СА =0,44; СВ = 1,06; СR = 0,05; СS = 0,33; Сг = 0,14. Скорость подачи исходных веществ v=5*10-3 м3/c.

Пример 2-2. В реакторе идеального смешения, работающем в адиабатических условиях, происходят реакции:

где R – продукт реакции
Начальные концентрации исходных веществ и продуктов (в кмоль-м3): СAo=0,1; СB0=0,3; СR0=CD0=CP0=CS0=0. Текущие концентрации взаимодействующих веществ (в кмоль-м-3): СA = 0,016; СР = 0,028; СS = 0,012; СD —0,034.
Тепловой эффект реакции (-H)= 1,5-108 Дж/(кмоль В). Плотность смеси р=860 кг/м3, теплоемкость смеси ср=2,85-103 Дж(кг-К), скорость подачи vo= 2,6-10-2 м3-с-1.
Определить производительность реактора по продукту К и температуру на выходе реактора, если начальная температура 12°С (285 К).

Пример 2-3. В реакторе идеального вытеснения, работающем в адиабатических условиях, происходит жидкофазная реакция первого порядка
2A -(kA) -> B
Константа скорости реакции kA (в 1/c):
Начальные концентрации веществ (в кмоль-м-3): СA0=4,5; СB0=0. Тепловой эффект реакции (-H) = 2-107 Дж/(кмольА), теплоемкость реакционной смеси ср = 2,2-103 Дж/(кг-К), плотность реакционной смеси р=850 кг/м3, температура исходной смеси T0 = 300 К, скорость подачи v0= 10-3 м3-с-1, объем реактора V = 5 м3.
Определить производительность реактора по продукту В и темпеатуру смеси на выходе.

Пример 2-4. Установка состоит из следующих последовательно содиненных реакторов: идеального смешения (V1= 2 м3), идеального вытеснения (V2 = 2м3) и идеального смешения (V3=3м3).
Начальная концентрация вещества СA3= 1 кмоль-м-3, скорость подачи v0 = 0,05 м3/c скорость реакции (-rA) = 0,0051*CA^0,28. В начальный момент времени продукт в системе отсутствует. Плотность реакционной смеси не меняется.
Определить концентрацию исходного вещества после каждого реактора и рассчитать графически производительность установки по продукту, если известно, что 1 моль исходного вещества дает 2 моль продукта.

Пример 2-5. Определить графически производительность системы по продукту для обратимой реакции A <-(k1, k2)->B, если константы скорости k1 =6.5-10^-3 1/c, k1/ = 1,2-10^-3 1/с, начальные концентрации CA = 0,08 кмоль/м3, Св0 = 2-10^-3 кмоль/м3, скорость подачи смеси с0 = 4-10-3 м/c. Система состоит из реактора идеального смешения (V1= 1,5 м3) и реактора идеального вытеснения (V2 = 1,2 м3), соединенных последовательно.

Пример 2-6. Жидкофязная реакция второго порядка протекает без изменения плотности реакционной смеси в системе трех одинаковых по объему реакторов идеального смешения А + В -> R + D. Начальные концентрации исходных веществ СA3 = 2 кмоль/м3, СB0 =3кмолъ/м3, текущая концентрация вещества CAi3 =0,14 кмоль/м3. Реакция эндотермическая, тепловой ее эффект равен Hr = 6,8-106 Дж/(кмольА). Плотность реакционной смеси р = 1050 кг/м, теплоемкость ср = 2,90-103 Дж/(кг-К). Температура исходной смеси Tо=20°С, скорость подачи v0=1,6-10-2 м2/с. В первом реакторе поддерживается температура t1 = 20°С, во втором t2 = 35°С, в третьем t3:=5°С. Соответствующие константы скорости в [1/(с*кмоль*м3] k1= 0,041; k2 = 0,078; k3 = = 0,181.
Определить объем реактора и общее количество пара, необходимое для поддержания изотермических условий в реакторах, если давление пара 0,12 МПа (1,2 кгс/см2) и влажность 3%.

Пример 2-7. Реакция A –(k1)-> R <-(k1, k2)->S где R - продукт, проходит в реакторе идеального смешения с рециклом. Константы скорости реакции k1 = 5,1*10-3 1/c, k2 = 3,2*10-3 1/c, k2/=1,7-10-3 1/с. Объем реактора V = 0,8 м3, отношение объемной скорости рецикла к скорости подачи 0,17. Начальные концентрации исходных веществ и продукта: СA0=1,65 кмоль/м3; СS0 = 0,12 кмоль/м3; СR0=0. Плотность реакионной смеси остается постоянной. Скорость подачи v0=2-10-3 м3/c. Определить производительность системы (рис. 2-4) по продукту и концентрацию продукта.

Пример 2-8. Реакция A –(k1) -> R –(k2)-> S (где k1 =3,7-10-3 1/с, k2 =2,4- 10-3 1/c) проходит в реакторе идеального вытеснения с рециклом (рис. 2-5). Объем реактора V = 0,67 м3. Начальные концентрации: СA/ = 0,25 кмоль/м3, а продуктов CR0=CS0=0, R - продукт реакции. Производительность по исходному веществу А равна СA/ =4-10-4 кмоль/с.

Определить: 1) объем рецикла, если система работает с получением максимальной концентрации продукта; 2) производительность по продукту; 3) концентрацию вещества А в рецикле, если после сепаратора происходит полное разделение продуктов и непрореагировавшего вещества А, причем концентрация вещества А в рецикле такая же, как на выходе из реактора.

Пример 2-9. Реакция А + В –(kA)-> 2С проводится в двух реакторам идеального смешения, соединенных последовательно (рис. 2-6). Объемы реакторов V1 = 0,2 м3, V2 = 0,6 м3. Концентрации веществ в потоке СAг = 0,24 кмоль/м3, СB0 = 0,36 кмоль/м3. Подача исходных веществ осуществляется раздельно со скоростями v/0A= 8-10-4 м/с и v/0B = 4-10-4 м3/с. При т=0 концентрация продукта Сс=0. Плотность реакционной смеси не меняется. Константа скорости реакции kA = 4,1-10-2 с-1 (кмоль/м) .
Определить производительность системы по продукту. Как изменится производительность по продукту, если два реактора идеального смешения заменить одним реактором идеального вытеснения, объем которого равен сумме объемов двух реакторов смешения (остальные параметры те же)?


Пример 2-10. Определить производительность по продукту для реакции А + 2В –(kA)-> R + М, где R - продукт и kА = 0,001 1/с (кмоль/м3) - константа скорости по веществу А. Начальные концентрации веществ: СA0 = 2 кмоль/м, СB0 = 5 кмоль/м.
Производительность по исходному веществу А равна CA0 = 4-10-3 кмоль/с. Рассмотреть параллельную и последовательные схемы для реактора идеального смешения (V1= 1 м3) и реактора идеального вытеснения (V2=2 м3). Плотность реакционной смеси постоянна, в начальный момент времени продукт отсутствует.


Пример 2-11. Жидкофазная реакция первого порядка А –(k)->R и протекает в системе двух равных по объему (V = 0,6 м3) и последовательно соединенных реакторов идеального смешения. Начальная концентрация вещества А CA0= 1,5-10-2 кмоль/м3. Скорость подачи v0= 0,001 м3/с. Константа скорости реакции k = 2-10-3 1/c. Плотность реакционной смеси постоянна.
При подаче мгновенного импульса концентрация в первом реакторе становится равной 1,8-10-2 кмоль/м3. После этого в схему снова подается раствор с прежней концентрацией.
Рассчитать концентрации вещества А в первом и во втором реакторах через 5 и 10 мин с момента подачи мгновенного импульса. Определить время, при котором концентрация вещества А на выходе из системы отличалась бы от стационарной, на 5%.

Пример 2-12. Жндкофазная необратимая реакция А –(k)-> R протекает в реакторе идеального смешения объемом V = 0,6 м3 при скорости подачи v0 = 0,001 м3/c и постоянной плотности реакционной смеси. Константа скорости реакции k = 2-10-3 1/c. Начальные концентрации: СA0 = 1,5-10-2 кмоль/м3; СRо = 0.
Определить концентрацию продукта через 10 мин после подачи ступенчатого сигнала (рис. 2-10), который характеризуется концентрацией начального продукта СA0 = 1-10 3 кмоль/м3 и скоростью подачи v0=0,8-10-3 м3/с.

Пример 2-13. Реакция А ->(k) продукты проходит в системе реакторов идеального смешения, соединенных последовательно. Константа скорости реакции k=2,2-10~3 1/с. Объемы реакторов V1=V2=0,5 м3. Начальная концентрация исходного вещества СА, = 0,60 кмоль/м3. Скорость подачи v0=0.7-10-3 м3/с. Плотность реакционной смеси не меняется.
В результате прямоугольного импульса (рис. 2-11), время действия которого 3 мин, начальная концентрация исходного вещества увеличилась до СА0 = 1-0 кмоль-м-3.
Определить: I) интервал времени с момента окончания импульса, когда концентрация вещества А во втором реакторе достигает максимального значения; 2) максимальную концентрацию вещества А во втором реакторе.

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