Задачи по ОХТ

Время пребывания, распределение времени пребывания, перемешивание в химических реакторах

Задача 4-1. В реальном реакторе проводится жидкофазная необратимая реакция первого порядка с изменением плотности реакционной смеси (увеличивается в 1,18 раза при xa = 1,0). Опыты с трассером дали следующие результаты:

В реальном реакторе проводится жидкофазная необратимая реакция первого порядка

Определить степень превращения ХА при k = 1,2-10-2 1/с, если действительное время пребывания в реакторе совпадает с действительным временем в опытах с трассером.

Скачать решение задачи 4-1

Задача 4-2 Реакция гидролиза А + B -> продукты описывается кинетическим уравнением второго порядка с константой скорости k = 0,11 1/с (1/кмоль/м3). Плотность реакционной системы в ходе реакции не меняется. Продукты в исходной смеси отсутствуют. Концентрации веществ в исходном растворе: CA0= 1,5-10-2 кмоль/м3; СB0=5,1-10-2 кмоль/м3. Данные опытов с трассером при той же скорости подачи, что и при проведении реакции (vо = 4-10-4 м3/с):

Реакция гидролиза А + B -> продукты описывается кинетическим уравнением

Определить степень превращения вещества А, используя формулу , и рассчитать объем реактора.

Скачать решение задачи 4-2

Задача 4-3. Обратимая реакция А <-(k1, k2)-> В протекает в трубчатом реакторе при постоянных значениях плотности, вязкости и температуры реакционной смеси. В начальный момент времени концентрация вещества В в системе равна нулю. Среднее время пребывания т = 300 с. Константы скорости прямой и обратной реакции равны k1=6,5-10-3 1/с и k1/=1,2-10-3 1/с. Определить степень превращения xa при ламинарном режиме (диффузией можно пренебречь). Сравнить полученную величину превращения со степенью превращения, рассчитанной для реактора идеального вытеснения.

Скачать решение задачи 4-3

Задача 4-4. В реальном реакторе предполагается проводить последовательную реакцию А –(k1)-> R –(k2)-> S, где k1 = 1,5-10-2 1/с и k2 = 0,3-10-2 1/с. Начальные концентрации продуктов СR0 = CS0=0. На основании опытов с трассером получены следующие результаты:

В реальном реакторе предполагается проводить последовательную реакцию

Какой из этих двух режимов лучше использовать для достижения наибольшего выхода по продукту К? Объяснить полученный результат. Рассчитать для этих двух режимов выход по продукту К, а также максимальный выход в идеальном реакторе.

Скачать решение задачи 4-4

Задача 4-5. Используя общую формулу , определить степень превращения вещества А в необратимой реакции второго порядка А + В —(k1)-> R + S при условии, что начальные концентрации имеют следующие значения: СA0 = СB0, СR0 = СS0 = 0. Реакция протекает в параллельной схеме аппаратов (рис. 4-2), составленной из реактора идеального смешения и реактора идеального вытеснения, причем после каждого аппарата степень превращения одинаковая. Принять
Определить соотношение объемов реакторов и сравнить найденное значение хл со степенью превращения, которая получается при использовании уравнений материального баланса, если объемные скорости подачи для каждого реактора оставить прежними. Объяснить результат.

степень превращения вещества А в необратимой реакции второго порядка А + В —(k1)-> R + S

Скачать решение задачи 4-5

Задача 4-6. Используя уравнение  показать, что в случае необратимой реакции первого порядка степень превращения, рассчитанная для системы, состоящей из реактора идеального смешения и реактора идеального вытеснения (рис. 4-3 и 4-4) остается одинаковой независимо от того, какой реактор в цепочке поставить первым.

Используя уравнение  показать, что в случае необратимой реакции первого порядка степень превращения

Скачать решение задачи 4-6

Задача 4-7. Используя формулу  найти выражение для степени превращения, если система составлена из четырех последовательно соединенных реакторов идеального смешения одинакового объема, в которых протекает необратимая реакция первого порядка. Записать уравнения для E(0) и среднего времени пребывания.

Скачать решение задачи 4-7

Задача 4-8. Используя общую формулу  определить степень превращения для необратимой реакции, описываемой уравнением - r А = 1,4-10-3 Сд5 кмоль/(м3-с). Реакция протекает в системе последовательно соединенных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения; CA0= 2,40 кмоль/м3; твыт =620 с; тсм=480 с. Изменение плотности реакционной смеси в ходе реакции не происходит.
Сравнить найденную величину со степенью превращения, которая получается при использовании уравнений материального баланса систем с последовательным соединением: 1) реактора идеального смешения и реактора идеального вытеснения; 2) реактора идеального вытеснения и реактора идеального смешения.

Скачать решение задачи 4-8

Задача 4-9. На основании опытов с трассером, проведенных для реального реактора, получены следующие данные:

На основании опытов с трассером, проведенных для реального реактора, получены следующие данные:

При проведении необратимой реакции первого порядка без изменения плотности реакционной смеси в реакторе идеального вытеснения и той же скорости подачи, что и в случае опытов с трассером, степень превращения составляет ХА =0,728 (объем реактора идеального вытеснения равен объему реального реактора).

При проведении необратимой реакции первого порядка без изменения плотности реакционной смеси в реакторе

Рассчитать степень превращения: 1) по экспериментальным данным с трассером; 2) для диффузионной модели; 3) для модели последовательно соединенных реакторов идеального смешения.

Скачать решение задачи 4-9

Задача 4-10. На основании опытов с трассером, проведенных для реального реактора, получены следующие данные:

На основании опытов с трассером, проведенных для реального реактора, получены следующие данные:

Для обратимой реакции А <-(k, k1)-> В (где k1=2-10-2 1/c, k1=2-10-3 1/c), которая проводится в реальном реакторе объемом V = 0,490 ма при скорости подачи vо = 4,5-10-3 м3/с (та же скорость подачи использовалась и в опытах с трассером), определить степень превращения:
1) по экспериментальным данным с трассером;
2) для модели реактор идеального смешения + «застойная зона» объем «застойной зоны» рассчитать на основании опыта с трассером);
3) для модели реактор идеального смешения -(- байпас, -если скорость подачи в линию байпаса составляет 4% от общей скорости;
4) для той же модели, если скорость подачи в линию байпаса составляет 8% от общей скорости. Считать, что начальная концентрация продукта равна нулю.

Скачать решение задачи 4-10

Задача 4-11. При проведении обратимой реакции А <-(k, k1)-> В + S (k1 = 2,8-10-2 1/с, k1/ = 0,5-10-2 1/с) концентрации веществ В и S в начальный момент времени (СB0, и СS0) равны нулю. Данные опытов с трассером для реального реактора:

концентрации веществ В и S в начальный момент времени (СB0, и СS0) равны нулю. Данные опытов с трассером для реального реактора:

Определить:
1) степень превращения вещества А в данной реакции, если скорость подачи такая же, как и в опытах с трассером;
2) соотношение Vs/V для модели реактор вытеснения + «застойная зона» (рис. 4-7);
3) степень превращения вещества А для указанной выше модели, если плотность реакционной системы увеличивается на 10% при xa = 1 (скорость подачи оставить прежнюю).

Скачать решение задачи 4-11

Задача 4-12. Определить форму кривых и дать выражение функций распределении Е и I для модели, представленной на рис. 4-9.

Определить форму кривых и дать выражение функций распределении Е и I для модели, представленной на рис. 4-9

Скачать решение задачи 4-12

Задача 4-13. Проводится необратимая реакция второго порядка А + В –(k)-> продукты. Начальные концентрации веществ равны CA0=CB0 = 0,021 кмоль/м3, константа скорости реакции k= 3,7-10-2 1/c (1/кмоль/м3). Продукты реакции в исходной смеси отсутствуют, Используется реальный реактор, для которого при одной и той же скорости подачи опыты с трассером дали следующие результаты:

Проводится необратимая реакция второго порядка А + В –(k)-> продукты. Начальные концентрации веществ равны

Среднее время пребывания при проведении опытов с трассером т = 920 с. Определить степень превращения, используя данные опытов с трассером Является ли данный реактор «закрытой системой»? Будет ли действительная степень превращений отличаться от величины, рассчитанной по формуле?

Скачать решение задачи 4-13

 

Теплообмен в химических реаторах

Задача 5-1. Для реакции первого порядка А <-(k1, k2)-> В тепловой эффект равен Нrэкв = - 3,24-104 кДж/(кмоль А), а изменение энергии Гиббса G283 = -5,2-103 кДж/кмоль. Отношение исходных концентраций веществ А и В равно CA0/CB0=10. Найти равновесную степень превращения при температурах 30; 50; 70 и 90 °С. Считать, что теплоемкости веществ равны теплоемкости.

Скачать решение задачи 5-1

Задача 5-2. Обратимая реакция второго порядка А + В <-(k1, k2)-> 2R протекает в реакторе идеального вытеснения. Тепловой эффект реакции Нrэкв = -5,28-104 кДж/(кмоль А) изменение энергии Гиббса G283=- 6,40-103 кДж/ кмоль, константа скорости прямой реакции {по веществу А) k1 = 7,5-105ехр(-5,29-104/RT) 1/с/(кмоль-м-3).
Считать, что теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции равны и не зависят от температуры. Плотность раствора не меняется, и в исходной смеси продукты реакции отсутствуют. Известно, что при начальных концентрациях исходных веществ СA0 = СB0 = 0,40 кмоль/м3 и времени т =1875 с максимальная степень превращения для данного реактора, работающего в изотермических условиях, равна ХA =0,40.
Определить, на сколько увеличится производительность реактора вытеснения, при той же степени превращения, если реактор будет работать при оптимальном температурном режиме. Максимально допустимая температура равна 65°С.

Скачать решение задачи 5-2

Задача 5-3. Необратимая реакция А –(k)-> R проходит в реакторе идеального смешения при адиабатических условиях. Тепловой эффект реакции (-Н°) = 12800 кДж/(моль А). Константа скорости реакции k =8,41- 104ехр(-4,92-104/RT) с~'. Средняя удельная теплоемкость веществ сp= 2400 Дж/(кг-К). Плотность реакционной смеси р = 1100 кг/м3. Объем реактора V = 4 м3. Скорость подачи v0 = 5-10-3 м3/с. Исходная концентрация вещества A CA0 = 14 кмоль/м3. Считать, что тепловой эффект реакции и теплоемкость веществ не зависят от температуры.

Необратимая реакция А –(k)-> R проходит в реакторе идеального смешения

С помощью графоаналитического метода определить степень превращения и температуру в реакторе, если исходная смесь вводится в реактор при следующих температурах: 283; 293; 303 и 313 К.

Скачать решение задачи 5-3

Задача 5-4. В реакторе идеального смешения проходит обратимая реакция А <-(k1, k2)-> В, которая имеет тепловой эффект, равный Нrэкв =58300 кДж/(кмоль А) и константу скорости прямой реакции k1=3,8-105 ехр (-45800/RT) 1/c реакции заданы: константа равновесия Kcэкв = 17,2; начальные концентрации веществ СA0= 1,8 кмоль/м3, СB= 0, СR0= 17,5 кмоль/м3 (R - инертное вещество); мольные теплоемкости веществ срA =74 кДж/(кмоль-К), СрB = 68кДж/(кмоль-К). СрR=61 кДж/(кмоль-К). Теплоемкости веществ не являются функциями температуры.
Смесь поступает в реактор при температуре t0= 10°С. Объем реактора V = 0,10 м3. Время пребывания т=175с. Для достижения максимальной производительности при данных условиях требуется отводить теплоту.
Определить площадь поверхности теплообмена, если теплота отводится за счет воды, начальная температура которой tнач = 50С. Расход воды Gн2о = 0,20 кг/с. Коэффициент теплопередачи принять равным К=480Вт/(м2-К).

Скачать решение задачи 5-4

Задача 5-5. Дана реакция А + В –(k1)-> С + D. Требуется получить степень превращения ХА = 0,845 при следующих условиях: тепловой эффект реакции Нrэкв = -42350 кДж/(кмоль А); константа скорости k = 6,52-10^5*ехр (42300/RT) 1/с /(кмоль/м3); концентрации исходных веществ СA= 1,4 кмоль/м3, CA0=CB0, инертного вещества СR0= 15,2 кмоль/м3, продуктов реакции при т = 0 СC0=CD0= 0. Теплоемкости веществ [в кДж/(кмоль-К)]: СрA = 88; сРB=84; СРC;=72; CpD = 76; сpR = 83. Считать, что теплоемкости всех веществ не зависят от температуры. Температура исходной смеси t0 = 20°С. Скорость подачи v0=1,75-10-3 м3/с.
Необходимо: 1) рассчитать требуемый объем реактора смешения, работающего в адиабатических условиях; 2) определить требуемый объем реактора вытеснения, работающего в адиабатических условиях; 3) правильно составить схему из реактора идеального смешения и реактора идеального вытеснения, объемы которых одинаковы, для того чтобы суммарный объем реакторов был минимальным, если реакторы работают в адиабатических условиях. Определить также температуру на выходе из первого реактора.

Скачать решение задачи 5-5

Задача 5-6. В реакторе идеального вытеснения проходит обратимая эндотермическая реакция первого порядка <-(k1, k2)-> В. Условия, при которых протекает реакция, следующие: тепловой эффект H° =28500 кДж/(кмоль-А); константа скорости прямой реакции k1=8,19-104ехр(-41100/RT)1/с; константа равновесия Kc293 = 3,765. Начальные концентрации веществ: СA0 = 1,65 кмоль/м3, СВ0 = 0, в том числе инертного вещества СR0 = 9,02 кмоль-м3. Теплоемкости веществ равны СрA = СрB = 89 кДж/(моль-К), сpR = 75 кДж/(кмольК) и не зависят от температуры.
Температура исходной смеси на входе в реактор tвХ = 850С. Время пребывания т=175 с. Тепловые потери Qпот=0,040(T-283)кВт, где T- температура в реакторе, К.
Определить: 1) объем реактора, если требуется достигнуть степени превращения ХА =0,513; 2) степень превращения, если бы реактор работал в адиабатических условиях; 3) степень превращения, если бы реактор работал в изотермических условиях при температуре, равной температуре смеси на входе в реактор.

Скачать решение задачи 5-6

Задача 5-7. Необратимая реакция первого порядка 2А-(k)-> В + D проходит в реакторе идеального вытеснения при следующих условиях: тепловой эффект H°= - 35600 кДж/(кмоль-А), константа скорости (по веществу А) k= 1,62-105ехр(-44400/RT) 1/с, начальные концентрации веществ (в кмоль/м3) СA0=3,8, СB0=10,1 (R - инертное вещество), СB0=СD=0, теплоемкости веществ (в кДж/(кмоль-К)] сpA = 66, сpB = 58, сpD = 54, сpR =52 (теплоемкости не зависят от температуры). Объем реактора V=0,147 м3, площадь поверхности теплообмена F = 12,8 м2, длина реактора L = 2,9 м (величина Р прямо пропорциональна L). Скорость подачи смеси v0 = 0,8-10-3м3/с.

Необратимая реакция первого порядка 2А-(k)-> В + D проходит в реакторе

Чтобы избежать образования побочных продуктов, в рубашку кожухотрубного реактора подают противотоком воду (начальная температура воды 12°С, конечная 22 °С). Температурный профиль воды можно считать линейным по длине реактора. Коэффициент теплопередачи K = 290 Вт(м2-К).
Температура реакционной смеси в реакторе не должна превышать 55 °С.
1. Определить, при какой температуре начальной смеси можно достигнуть наибольшей степени превращения. Найти эту степень превращения.
2. Какую степень превращения можно получить в реакторе идеального смешения при найденной выше температуре начальной смеси (остальные условия те же самые)?

Скачать решение задачи 5-7

Задача 5-8. Необратимая реакция первого порядка А-(k)-> продукты проходит в реакторе идеального вытеснения при следующих условиях: тепловой эффект Нr = - 44800 кДж/(кмоль-А), константа скорости (по веществу А) k = 1,84-105ехр(-44900/RT) 1/c, начальные концентрации CA0= 1,8 кмоль/м3, СR0= 10,8 кмоль/м3 (R - инертное вещество ), при т = 0 продукты отсутствуют, теплоемкости веществ срA =сpпрод = 62 кДж/(кмоль-К), cрк = 53 кДж/(кмоль-К). Теплоемкости от температуры не зависят. Плотность реакционной смеси постоянна. Чтобы избежать образования побочных продуктов, в рубашку кожухотрубного реактора подают противотоком воду (расход GH2O=1,2 кг/с, начальная температура 12°С, конечная 20°С). Коэффициент теплопередачи K = 320 Вт/(м2-К). Температура исходной смеси на входе в реактор t = 28 °С. Дополнительные данные по реактору: на участке реактора с объемом V = 4,8-10-3 м3, длиной l=0,1 м и площадью поверхности теплообмена F =0,24 м2 время пребывания равно т = 6,1 с. Определить длину реактора и степень превращения. Построить температурный профиль для воды и реакционной смеси по длине реактора.

Скачать решение задачи 5-8

Задача 5-9. Реакция А + В –(k)-> С + В проходит в каскаде реакторов идеального смешения, имеющих равные объемы (V1=V2=V3=0,708м3). Начальные концентрации вещества (в кмоль/м3): CАО=24; Св0= 36; САf=3= 4.5 кмоль/м3; константа скорости реакции k = 8,33-10-5 1/с/(кмоль/м3). Реактор идеального смешения работает в изотермических условиях при температуре 20 °С. Исходная смесь также поступает при t0 = 20°С. Тепловой эффект реакции (-Hr) = 2,4-106 Дж/(кмоль-А). Для охлаждения реакторов используется вода, начальная температура которой 5°С, конечная 12°С.
Определить производительность системы по исходным веществам и общий расход воды.

Скачать решение задачи 5-9

   

Сравнение и выбор химических реакторов

Задача 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.

Скачать решение задачи 6-1

Задача 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.

Скачать решение задачи 6-2

Задача 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.

Дана жидкофазная необратимая реакция второго порядка без изменения плотности, уравнение скорости которой имеет вид

Скачать решение задачи 6-3

Задача 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?

Скачать решение задачи 6-4

Задача 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).

Доказать, что для обратимой реакции вида A <-(k1, k2)->B

Скачать решение задачи 6-5

Задача 6-6. Дана реакция

Показать, что для достижения максимальной избирательности по продукту в одном аппарате целесообразно

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.

Скачать решение задачи 6-6

Задача 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.

Скачать решение задачи 6-7

Задача 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).

Скачать решение задачи 6-8

Задача 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.

Скачать решение задачи 6-9

Задача 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.

Скачать решение задачи 6-10

   

Расчет реакторов для отдельных химических процессов

Задача 8-1 (расчет реактора кожухотрубного типа непрерывного действия для проведения процесса полимеризации в растворе).
Рассчитать непрерывнодействующий реактор вытеснения для проведения процесса полимеризации в растворе по следующим данным. Производительность полимеризатора по сухому веществу G=864 кг/сутки (т. е. 0,01 кг/с). Концентрация мономера в исходной смеси С0 = 25 % (масс.). Степень превращения мономера на входе x0 = 0,1, на выходе из реактора x = 0,96. Тепловой эффект реакции полимеризации (-Hr) = 1,21-106 Дж/(кг продукта). Температура реакции Тр = 308 К- Исходная смесь подается в полимеризатор при температуре реакции. Плотность реакционной смеси рр = 647 кг/м3. Удельная теплоемкость реакционной смеси ср=2,5-103Дж/(кг-К). Коэффициент теплопроводности реакционной смеси Хр=0,13 Вт/(м-К). В качестве теплоносителя (хладагента) используется вода с температурой не ниже Tх = 288 К. Плотность теплоносителя р = 1000 кг/м3, динамический коэффициент вязкости 1,18-10-3 Па-с. Теплоноситель имеет удельную теплоемкость с = 4,19-103 Дж/(кг-К) и коэффициент теплопроводности лх=0,58 Вт/(м-К). На стенках полимеризатора образуется незначительный слой загрязнений, имеющий тепловое сопротивление, равное r=5-10-4 м2-К/Вт. По технологическим условиям время полимеризации должно быть равно тр = 70 мин (4200 с).

Скачать решение задачи 8-1

Задача 8-2 (расчет непрерывнодействующего реактора с мешалкой для проведения процесса эмульсионной полимеризации).
Рассчитать полимеризатор с механическим перемешиванием реагирующих веществ для проведения непрерывного процесса эмульсионной полимеризации по следующим данным. Производительность аппарата по сухому веществу G= 14,3 т/сутки. Концентрация мономера в исходной смеси С0 = 40% (масс.). Степень превращения мономера в полимер x=0,80. Удельная теплота реакции (-Hr)=8,9-105 Дж/(кг продукта). Температура реакции TР = 307К. Исходная смесь поступает в реактор при температуре V0 = 313К. Плотность реакционной смеси рр = 1056 кг/м3. Удельная теплоемкость реакционной смеси cр = 3,14-103 Дж/(кг-К). Коэффициент теплопроводности реакционной среды лр = 0,407 Вт/(м-К). Динамический коэффициент вязкости среды 4-10-3 Па-с. В качестве теплоносителя (хладагента) используется рассол с температурой на входе tвх = 260К, который нагревается не более чем на 4 К. Теплоноситель имеет плотность р = 1240 кг/м3, динамический коэффициент вязкости 8,56-10-3 Па-с, удельную теплоемкость ск = 2,84-103 Дж/(кг-К) и коэффициент теплопроводности Кх=0,456 Вт/(м-К). На внутренней поверхности реакционного объема образуется слой отложений с тепловым сопротивлением, равным r3 = 5-10-4 м2-К/Вт. По технологическим условиям процесс полимеризации должен продолжаться в аппарате в течение пяти часов (т = 5 ч).

Скачать решение задачи 8-2

Задача 8-3 (расчет реактора непрерывного действия с перемешиванием и аэрированием для проведения процесса ферментации).
Рассчитать ферментер, предназначенный для непрерывного проведения процесса ферментации по следующим данным. Производительность по биомассе G0 = 1 т/сутки. Исходная концентрация питательных веществ Со = 39 кг/м3. Конечная концентрация питательных веществ С = 7 кг/м3. Остаточная влажность биомассы 10%. Количество питательной среды, затрачиваемой на образование 1 кг биомассы, а= 1,2 кг/кг. Концентрация питательных веществ при условии скорости роста r < 0,5 r и отсутствии продуктов обмена Сус = 1 кг/м3. Концентрация продуктов метаболизма, понижающая скорость роста биомассы в два раза, равна Спм =12 кг/м3. Коэффициент фазового равновесия для суспензии биомассы данной концентрации Kр = 35. Удельная теплота образования 1 кг биомассы составляет (-Hr)= 16,8-103 кДж/кг. Температура выращивания биомассы Тр = 307 К. Давние в реакторе - атмосферное. Удельный расход кислорода на образование 1 кг абсолютно сухой биомассы равен gк = 2,0 кг/кг. Удельный расход воздуха на 1 м3 перемешиваемого объема жидкости в 1 ч составляет 150 м3. Питательная среда охлаждается в теплообменнике на 4 К. Коэффициент теплопередачи по экспериментальным данным равен K= 930 Вт/(м2-К). Охлаждающая вода нагревается в теплообменнике на 7 К.
Для проведения процесса требуется интенсивное перемешивание взаимодействующих фаз, которое осуществляется механической мешалкой. Расход мощности по расчетным данным: на перемешивание N=60 кВт; на пеногашение Nпг = 5,0 кВт; на подачу и аэрирование воздуха Nв = 14,5 кВт. Коэффициент газосодержания в аппарате по опытным данным Ка = 0,7.

Скачать решение задачи 8-3

Задача 8-4. В каскаде из 9 последовательно соединенных аппаратов одинакового объема V, равного 1800 м3, проводится процесс получения гидроксида алюминия из алюминатного раствора по реакции: Каждый аппарат снабжен перемешивающим устройством типа эрлифт и рассматривается как аппарат полного перемешивания. Общий расход алюминатного раствора а0 составляет 300 м3/ч. Начальная концентрация алюмината натрия в растворе СA0=130 кг А13О3/м3, щелочи СNа = 160 кг Аl2О3/м3 (равна С*Na). Процесс протекает при охлаждении, в результате чего температура в аппаратах постепенно понижается от 70 до 50° по следующей схеме:(все концентрации даются на 1 м3 раствора в пересчете на безводный продукт А12О3 или Nа2О).
В первый аппарат вводят затравочные кристаллы размером d0 = 30 мкм, на поверхности которых в результате химического взаимодействия происходит осаждение гидроксида, В дальнейшем увеличение размера частиц происходит только за счет образования продукта на поверхности твердой фазы. Удельная поверхность твердых частиц в растворе Sуд = 2-105 м2/м3. Массовое соотношение А12О3 в твердой и жидкой фазах n = 3,0. Требуется определить величину достигаемой степени разложения алюминатного раствора и средний размер частиц продукта на выходе из последнего аппарата каскада.

Скачать решение задачи 8-4

Задача 8-5. В реакторе с мешалкой процесс образования олигомера проводится полунепрерывно. Мономер А загружается в аппарат до начала процесса, раствор реагента В с концентрацией СВл подается непрерывно в течение времени тп. Реагент А всегда содержится в избытке. Кинетическое уравнение имеет вид: йСв
-dCB/dт = k CB
где k = 0.001 с-1-
Объем аппарата составляет 6,3 м3, коэффициент заполнения в момент времени т=тп равен (р = 0,8. Расход раствора реагента В vB0= 0,5 м3/ч(1.39- 10~4 м3/с) начальная концентрация Св0 = = 8,4 кмоль/м3, тп = 3600 с. Реакция сопровождается тепловыделением, тепловой эффект равен (-Hr)=2-10' кДж/(кмоль В).
Определить: 1 ) общую продолжительность реакции при степени превращения хв = 0,98; 2) величину максимального теплового потока, который необходимо отводить для поддержания постоянной температуры.

Скачать решение задачи 8-5

Задача 8-6. В реакторе идеального смешения объемом 10 м3 проводится непрерывный процесс растворения кислорода в жидкости, сопровождающийся реакцией с растворенным реагентом А Кинетика реакции, протекающей в реакторе, описывается уравнением;
A + O0 -> B
Начальная концентрация Сл, = 4 кмоль/м3. Скорость подачи v0A =0,0011 м3/с. Количество воздуха - избыточное. Расход воздуха регулируется таким образом, чтобы остаточное содержание кислорода соответствовало его растворимости в жидкой фазе СO2=110 г/м~3. Удельное объемное газосодержание среды в условиях установившегося процесса составляет около 10 % (ф =0,1), коэффициент заполнения аппарата средой равен ф = 0,6.
Определить: 1) предельную степень превращения реагента А при рассматриваемых условиях проведения процесса; 2) величину коэффициента масс опер еда ч и, при которой может быть достигнута степень превращения х = 0,8.

Скачать решение задачи 8-6

Задача 8-7. В аппарате с мешалкой (Vа=2 м3) проводится непреывное растворение монодисперсных частиц реагента А, сопровождающееся быстрой химической реакцией с реагентом В, находящимся в растворе. Скорость процесса определяется скоростью массопередачи и описывается уравнением
(CA0 – CA)/CA0 = (1 - 0,0095т)^3/2 Коэффициент заполнения аппарата средой равен ф =0,8, расход суспензии через аппарат составляет v0 = 0,72 м3/ч (0,0002 м3/с). Рассчитать относительную долю частиц реагента А, не растворившихся полностью (проскок частиц).

Скачать решение задачи 8-7

Задача 8-8. Необходимо проверить пригодность непрерывнодействующего реактора с перемешивающим устройством (ввод сверху, вывод снизу) без отражательных перегородок объемом Va = 5 м3, в котором перемешивается система твердое тело (катализатор) - жидкость. Объемный расход среды через аппарат v0 = 2,78-10-3 м3/с.
Для наиболее полного протекания химической реакции необходимо, чтобы средняя относительная концентрация катализатора в объеме реактора была не менее 0,8 и чтобы перепад концентрации в осевом направлении не превышал 10%.
Известно, что плотность твердой фазы рт = 4000 кг/м3, плотность жидкой фазы рк = 1000 кг/м-3, а средний диаметр частиц катализатора dT, = 0,0003 м. В комплекте с аппаратом имеется лопастная мешалка диаметром dM = 1,25 м и электродвигатель - редуктор, обеспечивающий вращение перемешивающего устройства с частотой n=1 об/с. Диаметр аппарата D = 1,8 м, высота заполнения H = 1,97 м. Необходимо проверить, обеспечит ли объемный расход суспензии через аппарат заданную концентрацию твердой фазы и равномерность распределения твердой фазы по высоте аппарата.

Скачать решение задачи 8-8

Задача 8-9. Рассматривается химический реактор с механическим перемешивающим устройством и отражательными перегородками (объем аппарата Vа=2 м3, высота H =1,475 м, диаметр D = 1,4 м). Используется открытая турбинная мешалка dм =0,4 м, п =200 мин-1 (3,33 с-1). Реактор непрерывного действия (ввод сверху, отвод снизу). Объемный расход среды через аппарат v0= 1,1 м3/(м3-с). Рабочей средой является система твердое тело (катализатор) - жидкость. Характеристики рабочей среды: плотность жидкой фазы рж = 103 кг/м3, скорость осаждения твердой фазы wОС = 0,1 м/с. Динамический коэффициент вязкости среды 10-3 Па-с. Для наиболее полного протекания реакции необходимо, чтобы среднее время пребывания твердой фазы в объеме реактора было не меньше 0,4 ч. Проверить, удовлетворяет ли выбранный аппарат заданному технологическому требованию.

Скачать решение задачи 8-9

Задача 8-10. Вещество А, являющееся основным полупродуктом в производстве продукта К, может быть получено в условиях непрерывного производства двумя путями: 1) в каскаде реакторов барботажного типа со встроенными внутри теплообменными элементами; 2) в батарее, состоящей из кожухотрубных реакторов. Производительность реактора по веществу А зависит от количества загружаемого в аппарат исходного сырья и величины расхода воздуха, подаваемого в аппарат в качестве окислителя. В реакторе барботажного типа расход воздуха составляет 1,03 дмэ/мин на 1 дм3 реакционной смеси. При этом вещество с кислотным числом 280 может быть получено через 16 ч.
В кожухотрубном реакторе расход воздуха равен 18,2 дм3/мин на 1 дм3 реакционной смеси, что обеспечивает снижение времени окисления до 2 ч. В процессе эксплуатации реакторы должен обслуживать аппаратчик V разряда. Норма обслуживания - два аппарата на одного рабочего. Среднегодовая заработная плата одного аппаратчика V разряда 1400 руб. Отчисления на социальное страхование 8,4%. Эффективный фонд времени работы оборудования в год 345 дней. На установке трехсменная работа. Стоимость реактора барботажного типа объемом 65 м3 равна 153 100 руб. Стоимость кожухотрубного реактора того же объема составит 152800 руб. Норма амортизационных отчислений 14% от сметной стоимости реакторного оборудования. Затраты на доставку и монтаж оборудования составляют 20 % от его стоимости. Затраты на текущий ремонт оборудования в год -45% от суммы амортизации. Затраты по содержанию оборудования составляют 55 % от суммы амортизационных отчислений.
На основе имеющихся технико-экономических характеристик реак¬торов выбрать реакторную схему, наиболее экономичную для эксплуатации в производственном комплексе мощностью 54 т товарного продукта в год. Удельная норма расхода сырья на 1 т продукта составляет 0,68 т. Определить эффективность использования того или другого типа реактора.

Скачать решение задачи 8-10

   

Раздел 1

Задача 1. Для инициирования радикальной полимеризации в растворе необходимо получить 1,5*10^15 радикалов на 1 мл реакционной смеси в 1 с. Сколько для этого потребуется перекиси лауроила, если эффективность инициирования 0,5, а константа скорости распада инициатора при температуре полимеризации 6,0*10^-4 с-1?

Скачать решение задачи 1 (химия полимеров)

Задача 2. Период полураспада дибутилпероксидикарбоната при температуре полимеризации 20 ч, средняя эффективность инициирования 0,7. Вычислите количество участвующих в реакции инициирования радикалов, образующихся в течение 10 ч из 0,1 моль инициатора. Допускается, что kг в ходе реакции неизменна.

Скачать решение задачи 2 (химия полимеров)

Задача 3. Константы скорости распада дициклогексилпероксидикарбоната при 50 и 600 С равны соответственно 8,46*10^-3 и 34,8*10^-5 с-1. Вычислите значение этой константы, энтальпию и энтропию активации реакции при 40 С.

Скачать решение задачи 3 (химия полимеров)

Задача 4. Сколько радикалов войдет в состав полимера при полимеризации 0,8 л стирола в присутствии перекиси бензоила и диметиланилина, если средняя эффективность инициирования равна 0,25, а содержание перекиси и амина - по 0,087 моль*л-1. Степень превращения инициатора 60%.

Скачать решение задачи 4 (химия полимеров)

Задача 5. Квантовый выход инициирования равен 0,5. Ртутная лампа излучает 32,6 Дж-с-1 света при длине волны 2,53*10-7 м. Предполагая, что мономер поглощает весь падающий свет, определите, сколько радикалов приняло участие в образовании кинетических цепей в течение 3ч.

Скачать решение задачи 5 (химия полимеров)

Задача 6. При какой толщине поглощающего слоя мономера (концентрация 0,35 моль • л-1) скорость фотохимического инициирования равна 6,39*10^-8 моль• л-1 -с-1, если квантовый выход инициирования составляет 0,02, молярный коэффициент экстинкции мономера равен 24 л • см-1, λ=219нм. На 1,25 л раствора мономера падает свет с энергией 43,33раствора мономера падает свет с анергией 43,33*10^-4- кДж• с-1.

Скачать решение задачи 6 (химия полимеров)

Задача 7. Эффективность радиационного инициирования полимеризации метилметакрилата 7,5. Определите количество реакционных цепей, образовавшихся в течение 7 мин, если мощность поглощенной дозы β-частиц (60Со) составляет 0,93*103 МэВ*с-1 .

Скачать решение задачи 7 (химия полимеров)

Задача 8. При полимеризации 0,1н раствора винилового мономера эффективность инициирования равна 0,5. Оцените ожидаемое значение эффективности инициирования, если при уменьшении концентрации мономера в два раза при прочих равных условиях значения констант скорости не изменяются.

Скачать решение задачи 8 (химия полимеров)

Задача 9. Составьте материальный баланс по 2,2-азо-бисизобутиронитрилу, инициирующему полимеризацию, протекающую при 62 0С в течение 5 ч. Получаемая реакционная смесь подвергается нагреванию при 70 0С в течение 30 мин. Принимается, что средняя эффективность инициирования равна 0,6, а 50% радикалов, не участвующих в инициировании, вступают в реакцию диспропорционирования. Для вычисления скорости гомолитического распада инициатора используйте параметры, приведенные в приложении I. Расчет ведите на 1 кг инициатора.

Скачать решение задачи 9 (химия полимеров)

Задача 10. При полимеризации расплавленного водного раствора акритомида (50°С) в присутствии 2,27*10^-3 моль л-1 пересульфата калия наблюдается следующее изменение константы смолитического распада иницитора и эффективности инициирования во времени
т, мин                 0    15      30     45     60     75     90
к*10^6, с-1      4,8   4,6    3,5    3,2    3,0    2,8    2,5
f                        1,0  0,79  0,66  0,62  0,56  0,44  0,41
Определите скорость инициирования через 80мин. от начала реакции. Как изменилась скорость инициирования по сравнению с начальной ее величиной

Скачать решение задачи 10 (химия полимеров)

   

Cтраница 9 из 12

Яндекс.Метрика Rambler's Top100 www.megastock.com Здесь находится аттестат нашего WM идентификатора 000000000000
Проверить аттестат