Жидкофазный химический процесс описывается уравнением реакции

Реактор идеального вытеснения

Реактор идеального вытеснения характеризуется тем, что любой элемент объема реагирующей среды движется по высоте (длине) реактора параллельно другим элементам, не смешиваясь с предыдущими и последующими элементами объема.

На рис. 2 схематично показана изменение степени превращения х_А, исходных концентраций С_А и других параметров в реакторе идеального вытеснения. Материальный баланс такого реактора при G_нач = 0 запишется в виде:

G_пр= G_ух+ G_хр (7) (8) (9) (10)

Рис.2. Схема реактора идеального вытеснения.

После подстановки значений составляющих материального баланса в уравнение (7) и преобразований получим:

(11).

Приведенное уравнение с начальным условием V=0, С_А= С_А0 для некоторых видов простых химических реакций имеет аналитическое решение. В таблице 2 приведены решения уравнения (11) как расчетные формулы для реактора, работающего в режиме идеального вытеснения при проведении в нем необратимых химических реакций, когда реакционный объем остается постоянным.

Таблица 2. Расчетные уравнения для реактора идеального вытеснения

Схема реакции	Кинетическая модель	Расчетные уравнения

	при

Пример 5.

Определить объем реактора идеального вытеснения для реакции протекающего без изменения объема реакционной массы.

порядок реакции n=1;

объемный расход исходного вещества G_V = 30 л/мин;

начальная концентрация исходного вещества С_А0= 0,2 моль/л;

константа скорости реакции k= 0.25 мин -1 ;

степень превращения x_A = 0,82.

По базовому уравнению РИВ определяем время реакции:

Рассчитываем объем РИВ:

; .

Пример 6.

Определить производительность реактора по продукту R рассчитать объем реактора идеального вытеснения для полученной производительности, если данная реакция проводиться в РИС-Н.

порядок реакции n=2;

объемный расход исходного вещества G_V = 3,6 м 3 /ч;

начальная концентрация исходного вещества С_А,0= 0,5 кмоль/м 3 ;

константа скорости реакции k= 2,3 л/(моль∙мин);

Определим время пребывания в реакторе смешения:

Из базового уравнения для реактора смешения находим

, где , находим значение

Рассчитываем степень превращения вещества А:

Находим производительность по продукту R:

Рассчитываем время пребывания в реакторе идеального вытеснения(см. таб.2):

Определяем объем реактора вытеснения по формуле:

Пример 7.

Определить мольную нагрузку на реактор по веществу А и степень превращения в реакторе вытеснения.

Дано:

порядок реакции n=2;

объемный расход исходного вещества G_V = 6 м3/ч;

концентрация продукта R на выходе из реактора равна 2.5 кмоль/м3;

константа скорости реакции k₁= 0,3 мин -1 , k₂= 0,2мин -1 ;

Определяем мольную нагрузку на реактор

Неизвестную начальную концентрацию вещества А на входе в реактор определяем из уравнения:

Находим время пребывания:

Рассчитываем начальную концентрацию вещества А:

Находим мольную нагрузку на реактор:

Определяем концентрацию вещества А на выходе из реактора исходя из базового уравнения для реактора вытеснения:

Интегрируя это уравнение и решая относительно С_А, получаем:

Рассчитываем степень превращения вещества А:

Задачи для самостоятельного решения

1. Жидкофазная реакция типа А→ R→S имеет константы скоростей, равные к₁=2 с -1 и к₂= 0,8с -1 . 4.5 ч -1 .Объемный расход исходного вещества А с концентрацией 1,8 моль/л составляет 18 м 3 /ч. Рассчитать объем реактора вытеснения для получения максимального количества вещества R, селективность и производительность по продукту R.

2. В непрерывном реакторе смешения проводится последовательная реакция типа А→R→S с константами скоростей к₁=0,5 ч -1 и к₂=0,8 ч -1 . Исходная концентрация вещества А равна 5 кмоль/м 3 . Продукты R и S на входе в реактор отсутствуют. Рассчитать необходимый объем реактора вытеснения, степень превращения вещества А, селективность и выход целевого продукта.

3. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей к₁= 0,28 л/(моль/мин) и к₂ = 0,12 л/(моль/мин). Процесс проводится в реакторе вытеснения объемом 140 л. Поток вещества А поступает с концентрацией 1,6 моль/л. Степень превращения вещества А составляет 0,7. Определить производительность реактора по продукту R.

4. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей к₁= 0,28 мин -1 и к₂ = 0,12 мин -1 . Объемный поток вещества А с концентрацией 1,6 моль/л равен 100 л/мин. Процесс проводится в реакторе вытеснения. Определить объем реактора и концентрацию вещества S при условии, что производительность по продукту R составляет 4,8 кмоль/ч.

5. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей к₁= 0,28 л/(моль/мин)и к₂ = 0,12 л/(моль/мин). Объемный поток вещества А с концентрацией 1,6 моль/л равен 100 л/мин. Объем реактора вытеснения — 0,4 м3 Определить производительность реактора продукту R и селективность процесса по веществу S.

6. Процесс описывается реакцией первого порядка типа А → 2R с константой скорости к = 0,0024 с -1 . Исходная концентрация вещества А — 1,6 моль/л. Объемный расход вещества А – 3,6 м3/ч. Заданная степень превращения по веществу А равна 0,86. Определить производительность реактора вытеснения по продукту R и его объем.

7. Процесс описывается реакцией второго порядка с константой скорости 0,023 м3/(кмоль∙ с). Исходная концентрация вещества А составляет 0,6 моль/л, объемный расход вещества А -3,6 м3/ч. Определить производительность реактора вытеснения объемом 200 л по продукту R.

8. Жидкофазная реакция типа А → 2R имеет константу скорости, равную 0,12 мин -1 . Концентрация вещества А равна 3,0 моль/л. Реакция осуществляется в реакторе вытеснения объемом 0,3 м3. Заданная степень превращения 0,88. Рассчитать производительность по продукту R.

9. Жидкофазный процесс описывается сложной реакцией.

10. Исходная смесь, в которой отсутствуют продукты реакций, подаются с объемным расходом 0,005л/с и концентрацией вещества А, равной 10 кмоль/м3. На выходе из реактора концентрации веществ равны С_В =2, С_А=5, С_R=1, С_S=3 кмоль/м3. Определить расход реагента В.

11. Процесс описывается реакцией типа А + В→ R с константой скорости k = 0.28 л/(моль/мин). Объемные потоки вещества А с концентрацией 1,6 моль/л и вещества В с концентрацией 2,0 моль/л равны 100 л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 1,2 м 3 . Концентрация вещества А на входе в реактор составляет 3,4 моль/л. Определить производительность реактора по продукту R.

12. Процесс описывается реакцией типа А + В → R с константой скорости k = 0,54 л/(моль/мин). Объемные потоки вещества А с концентрацией 1,8 моль/л и вещества В с концентрацией 2,7 моль/л равны 100 и 80 л/мин. Производительность реактора по продукту R составляет 8,64 кмоль/ч, концентрация продукта R на выходе — 0,8 моль/л. Определить требуемый объем реактора смешения

13. Процесс описывается реакцией типа 2А → R с константой скорости k = 0,64 л/(моль/мин). Заданная степень превращения вещества А составляет 0,8, исходная концентрация вещества А -1,8 кмоль/м 3 , производительность реактора по продукту R – 3,8 кмоль/ч. Определить требуемый объем реактора смешения.

14. Процесс описывается реакцией типа А → 2R с константой скорости k = 0,24 мин -1 . Заданная степень превращения вещества А составляет 0,8, исходная концентрация вещества А — 1,8 кмоль/м 3 , производительность реактора по продукту R – 5,8 кмоль/ч. Определить требуемый объем реактора смешения и объемный расход исходной смеси.

15. Процесс описывается обратимой реакцией первого порядка типа 2А R с константами скоростей: прямой k₁ = 61,4 м 3 /(кмоль/ч) и обратной k₂ = 2,4 ч -1 реакций. Заданная степень превращения вещества А составляет 0,8, исходная концентрация вещества А -1,4 моль/л. Объем реактора смешения равен 0,22 м 3 . Определить производительность реактора по продукту R за час.

Поиск, обзор и навигация

Магазин работ

ПиАХТ

Чертежи

Раздел 3. Химические реакторы

Задача 3.1-1 Проводится жидкофазная реакция первого порядка A -> R. Константа скорости реакции равна 0,45 мин -1 . Объемный расход реагента составляет 30 л/мин. Определить степень превращения вещества А в реакторах РИС-н и РИВ объемом 150л каждый.

Задача 3.1-2 Жидкофазная обратимая реакция 2A R проводится в РИС-н объемом 2,6 м 3 . Константа скорости прямой реакции k₁=31,4 м 3 /(кмоль*мин), обратной k₂=2 мин -1 . Концентрация исходного вещества 0,6 моль/л. Требуемая степень превращения хА=0,8. Определить производительность реактора по продукту R.

Задача 3.1-3 В реакторе протекает реакция второго порядка 2A = R с константой скорости реакции равной 2,8*10 -1 л/(моль*с). Начальная концентрация вещества А на входе в реактор равна 0,85 моль/л, степень превращения вещества А 0,9. Определить какое количество вещества А можно переработать в РИС-н объемом 2 м 3 и в РИВ объемом 0,6 м3.

Задача 3-1-4 Жидкофазная обратимая реакция второго порядка A + B = R + S проводится в реакторе идеального смешения объемом 40 л. Константа скорости прямой реакции k1=1,8 л/(моль•мин), обратной – k₂=0,8 л/(моль•мин). Вещества А и В подаются раздельно в стехиометрическом соотношении. Концентрации веществ в индивидуальных потоках равны 0,5 моль/л. Определить, какое количество веществ А и В перерабатывается за 1 ч, если степень превращения вещества А составляет 0,85 от равновесной.

Задача 3.1-5 В жидкофазном процессе протекает реакция второго порядка 2А → R. с константой скорости реакции равной 2,3 л/(моль·мин). Объемный расход смеси с концентрацией исходного реагента С_А0 = 0,5 кмоль/м 3 равен 3,6 м 3 /ч. Определить производительность РИС-н объемом 0,4 м 3 по продукту R. Рассчитать объем РИВ для полученной производительности.
Скачать решение задачи 3.1-5 (В.И. Игнатенков, В.С Бесков) (цена 200р)

Задача 3.1-6 В реакторе периодического действия при проведении реакции получены следующие результаты:

Используя данные результаты, сравнить эффективность РИВ и РИС-н для степени превращения 0,8.

Задача 3.1-7 Жидкофазный процесс, описываемый реакцией первого поряд-ка A → R, проводится в реакторе идеального смешения, время пребывания в котором составляет 360 с. Объемный расход исходного вещества равен 4 м 3 /ч. Концентрация вещества А С_А0 = 2 кмоль/м 3 .
Рассчитать производительность по продукту R, если известно, что за 120 с в реакторе периодического действия в продукт превращается 40% исходного вещества.

Задача 3.1-8 Жидкофазный процесс описывается простой реакцией первого порядка A → R с константой скорости реакции k = 0,45 мин -1 . Объемный расход вещества А составляет 30 л/мин. Определить степени превращения вещества А в РИС-н и РИВ объемом по 145 л.

Задача 3.1-9 Реактор периодического действия за 8 ч работы производит 4,75 кмоль продукта. Для того чтобы загрузить реактор и нагреть его до температуры реакции, требуется 0,2 ч, а чтобы выгрузить продукт и подготовить реактор к следующему циклу, — 0,8 ч. Определить необходимый объем реактора, если 90 % поступающего в реактор исходного реагента с концентрацией 8 моль/л подвергается превращению, константа скорости реакции = 0,003 мин -1 .

Задача 3.1-10 Жидкофазный процесс описывается простой реакцией перво-го порядка с константой скорости равной 0,12 мин -1 . Концентрация вещества А в исходном потоке равна 3 кмоль/м 3 . Требуемая степень превращения вещества А ха = 0,85. Определить, какое количество вещества А можно переработать за 1 ч в реакторе идеального смешения и реакторе идеального вытеснения объемом 0,8 м 3 .

Задача 3.1-11 В реакторе периодического действия при изотермическом режиме работы и без изменения массовой плотности реакционной смеси проводят параллельную реакцию первого порядка

Через 50 мин после начала реакции 90% исходного вещества разложилось. Получившийся продукт содержит на 1 моль продукта S — 9,1 моль продукта R. На начало реакции продукты R и S отсутствовали. Определить константы скоростей реакций.

Задача 3.1-12 Жидкофазная реакция А + В → R проводится в непрерывном реакторе смешения. Константа скорости реакции k = 0,005 л/(моль•мин). Потоки веществ А и В подаются в реактор раздельно с равными объемными скоростями. Концентрации веществ в индивидуальных потоках соответственно С_А = 2,4 моль/л, С_В = 3,6 моль/л. Необходимая степень превращения вещества А равна 80%. Определить допустимый расход веществ А и В в час.

Задача 3.1-13 Производство этилацетата описывается химическим уравнением:

Константа скорости прямой реакции 7,9•10 -6 м 3 /(кмоль•с), константа равновесия при температуре реакции — 2,9. Водный раствор реакционной смеси содержит 25 % массовых долей кислоты, 46 % массовых долей спирта и не содержит эфира. Требуемая степень превращения кислоты составляет 35 %.
Рассчитать объем трубчатого реактора для производства 25 т/сут этилацетата, принимая, что плотность реакционной смеси остается постоянной и равной 1020 кг/м 3 .
Скачать решение задачи 3.1-13 (В.И. Игнатенков, В.С Бесков) (цена 200р)

Задача 3.1-14 Жидкофазная реакция 2A → R + S имеет константу скорости 0,38 л/(моль•с). Объемный расход вещества А с концентрацией С_А0 = 0,4 моль/л равен 40 л/мин.
Определить объемы реакторов РИС-н и РИВ при проведении процесса до степеней превращения 0,3; 0,5; 0,7; 0,9.

Задача 3.1-15 Жидкофазная необратимая реакция первого порядка проводится в реакторе смешения периодического действия без изменения массовой плотности реагирующих веществ. Продукты реакции в исходном растворе отсутствуют. За время t = 120 с в целевой продукт превращается 20% исходного вещества.
Определить степень превращения в непрерывном реакторе смешения при времени пребывания 360 мин.
Скачать решение задачи 3.1-15 (В.И. Игнатенков, В.С Бесков) (цена 200р)

Задача 3-1-16 Жидкофазная необратимая реакция первого порядка имеет константу скорости 0,45 мин -1 . Объемный расход реагента А с концентрацией С_А0 = 1,6 моль/л составляет 3,6 м 3 /ч.
Определить производительность по продукту R в реакторе идеального смешения и реакторе идеального вытеснения, если их объемы равны 145 л.

Задача 3.1-17 Жидкофазная реакция A → 2R имеет константу скорости реакции равную 3,8ч -1 . Объёмный расход исходного вещества составляет 33,5 м 3 /ч. Концентрация С_А0=0,8 моль/л. Рассчитать суточную производительность по продукту R для реактора смешения объемом 4м.

Задача 3.1-18 Жидкофазная обратимая реакция второго порядка 2А ↔ R + S имеет константу скорости прямой реакции k = 2-10 -3 м 3 /(кмоль*с) и константу равновесия К_P = 9. Объемный расход исходного вещества с концентрацией С_A0 = 1,5 моль/л составляет 4,8 м3/ч, требуемая степень превращения вещества А — 80% равновесной степени превращения.
Определить необходимые объемы реакторов идеального смешения и идеального вытеснения для проведения данного процесса.

Задача 3.1-19 Жидкофазная реакция A + B = R + S с константой скорости прямой реакции k₁ = 1,8 л/(моль•мин) и константой скорости обратной реакции k_-1 = 0,8 л/(моль•мин), проводится в реакторе идеального смешения объемом 40 л. Потоки веществ А и В подаются в реактор раздельно с равными концентрациями С_А = С_В = 0,8 моль/л. Вещества А и В в реакторе находятся в стехиометрическом соотношении. Требуемая степень превращения вещества А х_А = 0,9 х_Аравн. Рассчитать объемный расход реагентов.

Задача 3.1-20 Жидкофазная реакция 2А → R с константой скорости реакции равной 0,4 мин -1 проводится в реакторе идеального смешения объемом 0,5 м 3 . Объемный расход вещества А составляет 20 л/мин. Определить какую степень превращения можно достигнуть в этих условиях, и рассчитать объем реактора идеального вытеснения для достижения той же степени превращения и производительность по продукту R.

Задача 3.1-21 В непрерывном реакторе идеального смешения осуществляется жидкофазный процесс, описываемый последовательной реакцией

Константы скорости реакций k₁=0,6 ч -1 , k₂=0,8 ч -1 . Объёмный расход реакционной смеси равен 2,4 м 3 /ч. Исходные концентрации веществ соответственно: С_А0=5моль/л, С_R0=С_S0=0.

Рассчитать необходимый объем реактора для получения максимального выхода целевого продукта R, степень превращения исходного вещества А, селективность и выход по целевому продукту, суточную производительность по продукту R.

Задача 3.1-22 В непрерывном реакторе идеального вытеснения осуществляется жидкофазный процесс, описываемый последовательной реакцией

Константы скорости реакций k1=0,6 ч -1 , k2=0,8 ч -1 . Объёмный расход реакционной смеси равен 2,4 м 3 /ч. Исходные концентрации веществ соответственно: СА0=5моль/л, СR0=СS0=0.
Рассчитать необходимый объем реактора для получения максимального выхода целевого продукта R, степень превращения исходного вещества А, селективность и выход по целевому продукту, суточную производительность по продукту R.

Задача 3.1-23 В проточном реакторе идеального смешения проводится реакция:
A+B -k→R
Однако вещества А и В склонны к полимеризации, описываемой уравнениями:
2A -k2 → S и 2B -k2 → D
Определить оптимальное соотношение А и В в реакторе для получения максимального выхода целевого продукта R.

Задача 3.1-24 Жидкофазный процесс описывается сложной параллельной реакцией

Объемный расход вещества А с концентрацией С_А0 = 0,8 кмоль/м 3 равен 2,4 л/мин. Требуемая степень превращения x_А = 0,85.
Выбрать тип реактора, рассчитать его объем, интегральную селективность и производительность по целевому продукту R, если: 1) k₁ = 1,5 мин -1 ; k ₂ = 4 мин -1 ; 2) k ₁ = 4 мин -1 ; k ₂ = 1,5 мин -1 .
Скачать решение задачи 3.1-24 (В.И. Игнатенков, В.С Бесков) (цена 200р)

Задача 3.1-25 Жидкофазный процесс описывается последовательной реакцией

Константы скорости реакций k₁=2 ч -1 , k₂=0,8 ч -1 . Объёмный расход реакционной смеси равен 1,2 м 3 /ч. Исходная концентрация вещества А равна СА0=1,8моль/л.
Рассчитать объем реактора идеального смешения для получения С, селективность и производительность по продукту R.

Задача 3.1-26 Жидкофазный процесс описывается реакцией:
A -k₁ → R
A -k ₂ → S
Константы скоростей реакции k ₁ = 3,8 мин -1 ; k ₂ = 1,5 мин -1 . Исходная концентрация вещества А с равна 1,4 моль/л. Требуемая степень превращения хА = 0,9.
Определить какое количество вещества А можно переработать в РИС-н объемом 0,6 м 3 и в РИВ объемом 0,2 м 3 . Рассчитать селективность и производительность по целевому продукту R.

Задача 3.1-27. Газофазная необратимая реакция второго порядка А → 3R исследовалась в опытном реакторе, представляющем собой трубу длиной 1,8 м и диаметром 2,54 см. Реакцию изучали при температуре 350 °С под давлением 4,9*10 5 Па. Расход исходной смеси газа составлял 31*10 -5 м 3 /с. При этих условиях была достигнута степень превращения Х_А = 0,6. Промышленный процесс проводят при температуре 350 °С и давлении 2,45*10 6 Па. Мощность промышленной установки по газу составляет 2,35*10 -2 м 3 /с. Исходная газовая смесь содержит 50% вещества А и 50% инерта. Требуемая степень превращения 0,8.
Определить, какое количество труб указанного размера должен иметь промышленный реактор.

Задача 3.1-28 Газофазный процесс, описываемый простой необратимой ре-акцией 2A → 3R + S первого порядка, проводится при температуре 457 °С и давлении 9,8*10 5 Па. Константа скорости равна 1,25*10 -3 с -1 , скорость подачи исходного реагента — 2,5*10 -3 кмоль/с, требуемая степень превращения 0,9.
Определить объем реактора идеального вытеснения для проведения данного процесса.

Задача 3.1-29 Газофазная реакция А → S осуществляется в реакторе идеального вытеснения до степени превращения равной 0,9. Константа скорости реакции k = 2,3•10 -2 с -1 . В реактор подается исходный реагент А в количестве 2•10 -4 кмоль/с при температуре 227 °С и давлении 9,8•10 4 Па.
Рассчитать требуемый объем реактора.

Задача 3.1-30 Определить объем реактора идеального вытеснения для проведения процесса разложения фосфина. Реакция 2РН3 = 2Р(г) + 3Н2 протекает по первому порядку.
Процесс проводится под давлением 4,51*10 5 Па и при температуре 377 °С. Расход фосфина составляет 5,03*10 -4 кмоль/с. Константа скорости реакции равна 2,78*10 -3 с -1 .
Газовая постоянная К = 0,804*10 4 Па-м 3 /(кмоль*град). Требуемая степень превращения фосфина равна 0,8.

Задача 3.1-31 Реакция метана с серой СН4 + 2S2 = CS2 + 2H2S проводится при температуре 873 К и атмосферном давлении в реакторе идеального вытеснения. Расход серы в общем количестве газа, подаваемого в реактор, в 2 раза больше, чем расход метана. Константа скорости реакции k= 11,9 м 3 /(моль•ч).
Определить время пребывания реакционной смеси в реакторе для достижения степени превращения метана равной 0,7.

Задача 3.1-33 Жидкофазный процесс, описываемый обратимой реакцией второго порядка A + B = R + S с константами скорости прямой k1 = 22 л/(моль-мин) и обратной k-1 = 2 л/(моль-мин) реакций, проводится в РИС-н объемом 0,5 м 3 . Потоки веществ А и В подаются в реактор раздельно с равными концентрациями САисх=СВисх. После взаимного разбавления потоков концентрация СА0 = 1,6 кмоль/м3, а соотношение концентраций СА0:СВ0 = 1:1,5. Процесс проводится до хВ = 0,6.
Определить объемные потоки исходных веществ и производительность по продукту R. Рассчитать производительность системы состоящей из трех реакторов указанного объема, соединенных последовательно, при достижении заданной степени превращения.

Задача 3.1-34 Жидкофазный процесс описывается сложной реакцией
A + 3B = D + S
2А= R
2R = Р
Исходная смесь, в которой отсутствуют продукты реакций, подается с объемным расходом 5 л/с и концентрацией вещества А С_А0 = 10 кмоль/м 3 . На выходе из реактора концентрации C_B = 2, С_A = 5, C_R = 1, C_S = 3кмоль/м 3 Определить расход реагента В.

Задача 3.1-35. Процесс описывается реакцией второго порядка типа 2А → R с константой скорости равной 2,8*10 -2 м 3 /(кмоль с). Исходная концентрация вещества А в потоке составляет 0,8 кмоль/м 3 . Требуемая степень превращения вещества А состовляет 0,85. Определить часовую производительность по продукту R в реакторе вытеснения объемом 0,6 м 3 и в реакторе смешения объемом 2 м 3 .

Задача 3.1-36. Жидкофазный процесс описывается последовательной реакцией типа

Константы скорости реакций k₁=0,5 ч -1 , k ₂ =0,8 ч -1 . Исходная концентрация вещества А равна 1,8моль/л. Объёмный расход вещества а составляет 18 м 3 /ч. Рассчитать объем реактора смешения для получения максимального количества вещества R, селективность и производительность по продукту R.

Задача 3.1-37 Жидкофазная реакция типа А=2R имеет константу скорости k=0,12мин -1 . Концентрация вещества А равна 3,0моль/л. Реакция осуществляется в реакторе вытеснения объемом 0,3. Заданная степень превращения вещества А составляет 0,88. Определить производительность по продукту R.

Задача 3.1-38 Жидкофазная реакция типа А=2R имеет константу скорости k=3,8 ч -1 Объемный расход исходного вещества с концентрацией 0,8 моль/л составляет 14,5 м 3 /ч.

Определить суточную производительность по продукту R для реактора смешения объемом 4 м 3 .

Задача 3-1-40 Жидкофазный процесс описывается реакцией первого порядка с константой скорости 0,12 мин -1 . Концентрация вещества А в исходном потоке равна 3 кмоль/м3. Требуемая степень превращения вещества А составляет 0,88.
Определить какое количество вещества А можно переработать в реакторе идеального смешения объемом 3,6 м3.

Задача 3.1-41 Процесс описывается реакцией второго порядка с константой скорости реакции равной 2,3*10 -3 м 3 /(кмоль*с). Исходная концентрация вещества А составляет 0,6 моль/л, объемный расход вещества А — 3,6 м3/ч. Определить производительность реактора смешения объемом 0,4 м 3 по продукту R.

Задача 3.1-42. Процесс описывается реакцией второго порядка с константой скорости 2,3-10 -2 м 3 /(кмоль-с). Исходная концентрация вещества А составляет 0,6 моль/л, объемный расход вещества А — 3,6 м 3 /ч.
Определить производительность реактора вытеснения объемом 200 л по продукту R.

Задача 3.1-43 Процесс описывается реакцией первого порядка А -> 2R с константой скорости 2,3*10 -3 с -1 . Исходная концентрация вещества А составляет 1,6 моль/л, объемный расход вещества А = 3,6 м 3 /ч. Заданная степень превращения по веществу А равна 0,86.
Определить производительность реактора вытеснения по продукту R и его объем.

Задача 3.1-44 Процесс описывается реакцией первого порядка типа А=2R с константой скорости k=2,3*10 -3 с -1 . Исходная концентрация вещества А составляет 1,6 моль/л, заданная степень превращения по веществу А – 0,86. Объём реактора смешения равен 0,3 м 3 .
Определить, какое количество вещества А можно переработать за сутки.

Задача 3.1-45 Процесс описывается обратимой реакцией первого порядка А 2R с константами скоростей k1 = 2,4 ч -1 (прямой реакции), k2 = 0,4 л/(моль*ч) (обратной). Исходная концентрация вещества А составляет 1,6 моль/л. Заданная степень превращения вещества R равна 0,9 равновесной. Объем реактора смешения составляет 0,3 м 3 . Определить производительность реактора по веществу R за сутки.

Задача 3.1-46 Процесс описывается обратимой реакцией первого порядка 2А R с константами скоростей k1 = 61,4 м /(моль*ч) (прямой реакции), k2 = 2,4 ч (обратной). Исходная концентрация вещества А составляет 1,4 моль/л. Заданная степень превращения вещества R равна 0,8 равновесной. Объем реактора смешения составляет 0,22 м3. Определить производительность реактора по веществу R за час.

Задача 3.1-47 Процесс описывается реакцией первого порядка типа А=2R с константой скорости k=0,6 мин -1 . Заданная степень превращения по веществу А – 0,85. Исходная концентрация вещества А составляет 1,8 кмоль/м3, производительность реактора по продукту R= 5,8кмоль/ч. Определить требуемый объем реактора вытеснения.

Задача 3.1-48 Процесс описывается реакцией первого порядка типа А=2R с константой скорости k=0,24 мин -1 . Заданная степень превращения по веществу А = 0,8. Исходная концентрация вещества А составляет 1,8 кмоль/м , производительность реактора по продукту R= 5,8кмоль/ч.
Определить требуемый объем реактора смешения и объемный расход исходной смеси.

Задача 3.1-49. Процесс описывается реакцией типа 2А → R с константой скорости равной 0,64 л/(моль мин). Заданная степень превращения вещества А состовляет 0,8, исходная концентрация вещества А составляет 1,8 кмоль/м 3 , производительность реактора по продукту R = 3,8 кмоль/ч. Определить требуемый объем реактора смешения.

Задача 3.1-50. Процесс описывается реакцией типа 2А → R с константой скорости равной 0,24 л/(моль*мин). Исходная концентрация вещества А составляет 1.8 кмоль/м 3 , производительность реактора по продукту R = 3,8 кмоль/ч, концентрация продукта R на выходе – 0,8 моль/л.
Определить требуемый объем реактора вытеснения и получаемую степень превращения вещества А.

Задача 3.1—51. Процесс описывается реакцией типа 2А → R с константой скорости равной 0,24 л/(моль мин). Исходная концентрация вещества А составляет 1.8 кмоль/м 3 . Процесс проводится в реакторе вытеснения объемом 0,8 м 3 . Объемный расход вещества А равен 1,8 м 3 /ч. Определить производительность реактора по продукту R.

Задача 3.1-52 Процесс описывается реакцией типа А + В = R с константой скорости равной 0,54 л/(моль/мин). Объемные потоки вещества А с концентрацией 1,8 моль/л и вещества В с концентрацией 2,7 моль/л равны 100 и 80 л/мин. Производительность реактора по продукту R составляет 8,64 кмоль/ч, концентрация продукта R на выходе — 0,8 моль/л. Определить требуемый объем реактора смешения.

Задача 3.1-53 Процесс описывается реакцией типа А + В → R с константой скорости равной 0,28 л/(моль/мин). Объемные потоки вещества А с концентрацией 1,6 моль/л и вещества В с концентрацией 2,0 моль/л равны 100 л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 1,2 м 3 . Определить производительность реактора по продукту R.

Задача 3.1-54. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей k₁=2,8*10 -1 л/(моль*мин) и k₂=0,12 л/(моль*мин). Объемный поток вещества А с концентрацией 1,6 моль/л равен 100 л/мин, объем реактора смешения -1,2м 3 .

Определить производительность реактора и селективность процесса по веществу R

Задача 3.1-55. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей k₁=2,8*10 -1 л/(моль*мин) и k₂=0,12 л/(моль*мин). Объемный поток вещества А с концентрацией 1,6 моль/л равен 100 л/мин, объем реактора вытеснения -0,4 м 3 .

Определить производительность реактора и селективность процесса по веществу S.

Задача 3.1-56. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей k₁=2,8*10 -1 л/(моль*мин) и k₂=0,12 л/(моль*мин). Объемный поток вещества А с концентрацией 1,6 моль/л равен 100 л/мин. Процесс проводится в реакторе вытеснения. Определить объем реактора и концентрацию вещества S при условии, что производительность реактора по продукту R составляет 4,8 м 3 .

Задача 3.1-57. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей k1=2,8*10 -1 л/(моль*мин) и k2=0,12 л/(моль*мин). Объемный поток вещества А с концентрацией 1,6 моль/л равен 100 л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения. Определить объем реактора и достигаемую в нем степень превращения вещества А при условии, что производительность по продукту R составляет 4,8кмоль/ч.

Задача 3-1-58. Процесс описывается параллельной реакцией типа с константами скоростей k₁ = 2,8*10 -1 л/(моль*мин) и k₂ = 0,12 л/(моль*мин). Поток вещества А поступает с концентрацией 1,6 моль/л. Процесс проводится в реакторе вытеснения объемом 140л. Степень превращения вещества А составляет 0,7.
Определить производительность реактора по продукту R.

Задача 3.1-59 Процесс описывается параллельной реакцией типа:

A -(k1) → R
A -(k2) → S

с константами скоростей k₁ = 2,8*10 -1 л/(моль*мин) и k₂ = 0,12 л/(моль*мин). Поток вещества А поступает с концентрацией 1,6 моль/л. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 200 л. Степень превращения вещества А составляет 0,8. Определить допустимый расход вещества А.

Задача 3.1-60 Процесс описывается параллельной реакцией типа:
A -(k1) → R
A -(k2) → S
с константами скоростей k1 = 1,8*10 -1 л/(моль*мин) и k2 = 0,06*10 -1 л/(моль•мин). Объемный поток вещества А равен 250 л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 250 л. Концентрация вещества R на выходе из реактора равна 1,2 моль/л.
Определить концентрацию вещества А на входе в реактор и степень превращения вещества А.

Задача 3.1-61 Процесс описываемый последовательной реакцией типа A → R → S с константами скоростей k₁ = 1,8•10 -1 л/(моль•мин) и k2 = 0,06 л/(моль•мин). Объемный поток вещества А равен 40л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 60 л. Концентрация вещества А на входе в реактор составляет 2,4 моль/л. Определить концентрации веществ на выходе из реактора.

Задача 3.1-62 Процесс описываемый последовательной реакцией типа A → R → S с константами скоростей k₁ = 1,8*10 -1 л/(моль*мин) и k₂ = 0,06 л/(моль*мин). Объемный поток вещества А равен 40л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 260 л. Концентрация вещества А на входе в реактор составляет 2,4 моль/л. Определить производительность реактора по продукту R, степень превращения вещества А и селективность по продукту R.

Задача 3.1-63 Процесс описываемый последовательной реакцией типа A → R → S с константами скоростей k₁=2,4*10 -1 л/(моль*мин) и k₂=0,18 л/(моль*мин). Объемный поток вещества А равен 3,6 м 3 /ч. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 240 л. Концентрация вещества А на входе в реактор составляет 3,4 моль/л.

Определить концентрации всех веществ на выходе из реактора, степень превращения А и селективность по продукту R.

Задача 3.1-65 Процесс описываемый последовательной реакцией типа A → R → S с константами скоростей k₁ = 1,2*10 -1 л/(моль*мин) и k2 = 0,8 л/(моль*мин). Объемный поток вещества А равен 3,6 м 3 /ч. Концентрация вещества А на входе в реактор составляет 3,4 моль/л, а степень првращения его — 0,48. Определить концентрации веществ R и S на выходе из реактора и объем реактора смешения.

Задача 3.1-66. В непрерывном реакторе идеального смешения проводится последовательная реакция типа

Константы скорости реакций k₁=2 ч -1 , k₂=0,8 ч -1 . Исходная концентрация вещества А равна С_А0=5 кмоль/м 3 . Продукты R и S на входе в реактор отстутствуют. Рассчитать необходимый объем реактора смешения для максимального выхода целевого продукта R, степень превращения исходного реагента, селективность и выход по целевому продукту, если объёмный расход составляет 2,4 м 3 /ч.

Задача 3.1-67 По условию задачи 3.1-66 рассчитать необходимый объем реактора вытеснения, степень превращения вещества А, селективность и выход целевого продукта.
3.1-66 (условие) В непрерывном реакторе смешения проводится последовательная реакция типа А → R → S с константами скоростей k₁ = 0,5 ч -1 и k ₁ = 0,8 ч -1 . Исходная концентрация вещества А равна 5 кмоль/м 3 . Продукты R и S на входе в реактор отсутствуют. Рассчитать необходимый объем реактора смешения для максимального выхода целевого продукта R, степень превращения исходного реагента, селективность и выход по целевому продукту, если объемный расход составляет 2,4 м 3 /ч.
Скачать решение задачи 3.1-67 (В.И. Игнатенков, В.С Бесков) (цена 200р)

Задача 3.1-70 Жидкофазная реакция типа A → 2R имеет константу скорости равную 3,8 ч -1 . Объемный расход исходного вещества с концентрацией 0,8 моль/л составляет 14,5 м 3 /ч.

Рассчитать суточную производительность по продукту R для реактора смешения объемом 4 м3.

Задача 3.2-1 В проточном реакторе идеального смешения проводится обратимая экзотермическая реакция первого порядка.
Показать, что температура, при которой будет достигнута максимальная степень превращения, определяется формулой

Считать, что константы скорости реакции, энергии активации и время пребывания смеси в реакторе заданы.
Скачать решение задачи 3.2-1 (В.И. Игнатенков, В.С Бесков) (цена 200р)

Задача 3.2-2 Процесс, описываемый параллельной реакцией

протекает в диапазоне температур от 573 до 773 К.
При какой температуре необходимо проводить процесс, чтобы обеспечить образование максимального числа молей продукта R в реакторах идеального вытеснения и идеального смешения непрерывного действия, если константы скорости, с -1 , описываются уравнениями k₁= 10 15 exp[–20000/(RT)], k₂ = 10 14 ехр[–10000/(RT)]?

Задача 3.2-3 Процесс, описываемый параллельной реакцией

Проводиться в реакторе идеального смешения при изотерическом режиме работы.

Определить температуру, при которой должен работать реактор, чтобы на образование 2 моль продукта R образовывался 1 моль продукта S.
Константы скоростей реакции, с -1 , определяются уравнениями: k₁=6*10 13 ехр [-37000/(RT)] , k₂= 3,7*10 13 ехр [-40000/(RT)] .

Задача 3.2-5 Жидкофазный процесс, описываемый параллельно-последовательной реакцией

осуществляется в проточном реакторе идеального смешения. Константы скорости, с-1, реакции: k₁= 10 10 ехр [-64000/(RT)] ; k2 =10 8 ехр [-80000/(RT)] ; k3 = 10 7 exp [-40000/(RT)] .
Определить оптимальную температуру, при которой будет, достигнут максимальный выход продукта R, если требуемая степень превращения исходного вещества составляет 80%.

Задача 3.2-6 В каскаде из трех реакторов равного объема проводится жидко-фазная реакция А = R + Qp при температуре 368 К. Тепловой эффект реакции равен 1,67*10 6 Дж/кг. Константа скорости реакции, с -1 , описывается уравнением k = 4•10 6 ехр (–7900/Т) . Произведение pср= 4,2*10 6 Дж/град правильная размерность (кг/м3•Дж/(кг*град) = Дж/(м3*град)) остается постоянным и не зависит от степени превращения и температуры. Исходная концентрация вещества А в потоке равна 1 кмоль/м 3 , молярная масса вещества А – 100 кг/кмоль, производительность каскада по продукту R — 0,375*10 -3 кмоль/с, требуемая степень превращения вещества А – 0,95. Первый реактор каскада работает в адиабатическом режиме, второй и третий — с отводом теплоты. Температура реакционной смеси падает в трубопроводах между первым и вторым реактором на 3 град, а между вторым и третьим па 5 град. Коэффициент теплопередачи во втором и третьем реакторе от реакционной смеси к охлаждающей воде равен 11000 Вт/(м 2 *К). Температура охлаждающей воды в теплообменниках второго и третьего реакторов составляет 288 К.
Определить: поверхность теплообмена во втором и третьем реакторах каскада; необходимую температуру смеси на входе в первый реактор каскада; объем единичного реактора каскада. Показать, что первый реактор каскада работает в устойчивом режиме.

Задача 3.2-7 Газовая смесь поступает в реактор со скоростью 2,5*10 -3 кмоль/с. Начальная температура смеси – 833 К, давление — 5*10 5 Па, диаметр реактора – 0,2 м. В реакторе адиабатически протекает химическая реакция А + В = R + Qp. Состав исходной смеси в молярных долях, %, следующий: 40 – А, 40 – В и 20 – инертных газов. Теплоемкости исходных реагентов, продуктов реакции и инертных газов соответственно равны 25*10^3, 42*10 3 , 21*10 3 Дж/(кмоль*К). Тепловой эффект реакции при температуре 278 К составляет 53,3*10 6 Дж/кмоль. Зависимость константы скорости от температуры:

Определить необходимую длину реактора для достижения степени превращения по веществу А равной 95 %.

Задача 3.2-8 В проточном реакторе идеального смешения объемом 2 м 3 проводится необратимая экзотермическая реакция с константой скорости, с-1, описываемой уравнением k = 10 12 ехр [-90000/(/R*T)] . Теплоемкость реакционной смеси равна 20790 Дж/(кг*К) и не зависит от температуры и степени превращения. Плотность реакционной смеси остается постоянной и равной 1000 кг/м3.
Исходный реагент с концентрацией 6 кмоль/м 3 подается в реактор со скоростью 5 м 3 /ч. Тепловой эффект реакции равен 96600 Дж/моль. Температура в реакторе не должна превышать 333 К.
Рассчитать, при какой температуре следует подавать исходный раствор, чтобы процесс протекал в адиабатическом режиме.

Задача 3.2-9 В реакторе идеального вытеснения, работающем в адиабатическом режиме, протекает необратимая экзотермическая реакция первого порядка.
Определить минимальную температуру, которую необходимо под-держивать на входе в реактор, чтобы обеспечить устойчивый режим работы, если тепловой эффект реакции равен 13500 Дж/моль, а удельная теплоемкость реакционной смеси ср = 145 Дж/(моль-К). Связь степени превращения и температуры представлена следующими данными:
х 0,1 0,25 0,58 0,72 0,88 0,9
Т, К 283 293 303 313 323 333

Задача 3.2-10 В реакторе идеального смешения объемом 0,3 м 3 проводится экзотермическая реакция первого порядка А > R + Qp. Константа скорости реакции, мин -1 , описывается уравнением k = 10 3 ехр[-20000/(RT)]. Тепловой эффект реакции сосавляет 9637 кДж/кмоль. Плотность реакционной массы не зависит от температуры и степени превращения и равна 420 кг/м 3 , удельная теплоемкость раствора — 3,8 кДж/(кг•К). Растворе реагента А подается в реактор с концентрацией 6 кмоль/м 3 в количестве 0,6 м 3 /ч.
Рассчитать, при какой температуре следует подавать исходный раствор компонента А в реактор, работающий в адиабатическом режиме, чтобы температура в нем не превышала 60 °С.
Скачать решение задачи 3.2-10 (В.И. Игнатенков, В.С Бесков) (цена 200р)

Задача 3.2-11 Определить максимальную производительность установки, состоящей из двух реакторов, соединенных последовательно: реактора идеального смешения объемом 0,6 м 3 и реактора идеального вытеснения объемом 0,1 м 3 , при проведении реакции 2A -> R + Qр. Константа скорости реакции, м3/(кмоль-с), описывается уравнением k = 4*10 9 ехр(-8000/T). Концентрация реагента А в исходном потоке равна 0,5 кмоль/м3. Исходная температура потока составляет 20 °С, адиабатический разогрев — 60 °С, требуемая степень превращения — 0,96. Установка работает в адиабатическом режиме.

Задача 3.2-12 В реакторе идеального вытеснения проводится реакция А +В = R + S +Qp в адиабатическом режиме. Концентрации веществ А и В в исходных потоках равны 2,4 кмоль/м3. Общий расход реакционной смеси составляет 1,55•10 -3 м 3 /с, начальная температура потока — 20 °С, температура реакционной смеси на выходе из реактора — 53 °С, Константа скорости реакции описывается уравнением
k = 6,52*10 5 exp(-5,1*10 3 /Т)
Определить объем реактора, необходимый для достижения степени превращения по веществу А равной 0,82

Задача 3.2-13 Определить температуру проведения реакции и степень пре-вращения, которые будут достигнуты, если реакцию A → R + Qp про-водить в адиабатическом режиме в реакторе идеального смешения объемом 0,05 м 3 . Объемный расход реагента А с концентрацией 3 кмоль/м 3 равен 1,75*10 3 м 3 /с, константа скорости реакции, с-1, описывается уравнением k = 10 5 ехр[-45300/(R*T)]. Тепловой эффект реакции составляет 2,8*10 7 Дж/кмоль. Плотность реакционной смеси равна 524 кг/м3, а теплоемкость — 1200 Дж/(кг-К) и не зависят от степени превращения. Температура входящего потока — 325 К.

Задача 3.2-14 В реакторе идеального вытеснения объемом 1,26 м3, работающем в адиабатических условиях, проводится реакция первого порядка 2А = R + Qp, с константой скорости, с -1 , описываемой уравнением k = 10 13 ехр[-1200/T]. В реактор подается поток с концентрацией вещества А 3,2 кмоль/м3 при 325 К. Температура реакционной смеси на выходе из реактора составляет 357 К, тепловой эффект реакции — 2,7*10 7 Дж/кмоль, теплоемкость реакционной смеси — 2,2*10 3 Дж/(кг*К), плотность реакционной смеси — 850 кг/м3. Определить производительность реактора по продукту R.

Задача 3.2-15 Необратимую экзотермическую реакцию А = R + Qp с тепловым эффектом равным 2*10 7 Дж/кмоль проводят в адиабатическом реакторе идеального смешения объемом 10 м 3 . Константа скорости, с -1 , описывается уравнением k = 10 13 ехр(-12000/Т). Плотность раствора не зависит от степени превращения и температуры и равна 850 кг/м 3 . Удельная теплоемкость постоянна и равна 2200 Дж/(кг*К). Раствор с концентрацией реагента А равной 5 кмоль/м 3 подается в реактор в количестве 10 -2 м 3 /с.
Определить температуру проведения реакции и степень превращения, если раствор реагента А продается при: 290; 300; 310 К.

Задача 3.2-16 В реакторе идеального смешения непрерывного действия, работающем в адиабатическом режиме, проводится реакция A + B -> R + S + Qp константой скорости, л/(моль-с), описываемой уравнением k = 5,08*10 5 ехр[-4,23*10 4 /(R*T)], и тепловым эффектом равным 75000 кДж/(моль-А). Концентрации исходных реагентов САО = Сво = 1,2 кмоль/м3. Темлоемкость реакционной смеси постоянна и равна 1,8 кДж/(кг-К). Исходный раствор подается с температурой 20 °С в количестве 12 м 3 /ч. Определить объем реактора для достижения степени превращения

Задача 3.2-18 В реакторе идеального смешения непрерывного действия проводится экзотермическая реакция А -> R + Qр с тепловым эффектом равным 190 кДж/кмоль. Расход реагента А с температурой 15 °С составляет 0,2 кмоль/с, теплоемкость реакционной смеси — 16,7 кДж/(кмоль*К), температура реакционной смеси на выходе из реактора — 49 °С, степень превращения по веществу А — 0,8, средняя разность температур между охлаждающим агентом и реакционной смесью — 10 град, коэффициент теплопередачи равен 419 кДж/(м2*с*К).
Определить количество отводимой или подводимой теплоты и требуемую площадь теплообмена.

Задача 3.2-19 Необратимая экзотермическая реакция А > R + Qp с константой скорости, с-1, описываемой уравнением: k = 2,7•10 8 еxp(-7900/(T), проводится в каскаде из трех реакторов идеального смешения равных по объему 2 м 3 . Тепловой эффект реакции составляет 6,5•10 7 Дж/кмоль А, концентрация исходного реагента — 0,5 кмоль/м 3 . Теплоемкость реакционной смеси равна 2400 Дж/(кг•К), а плотность — 850 кг/м3 и не зависят от температуры. Реакционная смесь подается в реактор с температ (цена 200р) урой 5 °С и скорость 2•10 -3 м 3 /с.
Определить, какое количество теплоты надо подводить или отводить от каждого реактора, если в них поддерживать следующие температуры 15, 25, 35 °С.

Задача 3.2-20 Экзотермическая реакция А → R + Qp проводится в непрерывном реакторе идеального смешения, работающем в адиабатическом режиме. Тепловой эффект реакции равен 149 кДж/моль. Исходная концентрация вещества А составляет 0,25 молярной доли. Теплоемкость реакционной смеси постоянна и равна 2,2 кДж/(моль*К). Требуемая степень превращения вещества А составляет 0,95.
Определить температуру реакционной смеси на входе в реактор, если зависимость хА = f(T) представлена следующими данными:

Отвечает ли полученный результат устойчивому режиму работы реактора идеального смешения?

Реактор идеального смешения

Непрерывного действия

Схема потоков в реакторе полного смешения представлена на рис. 1. В реакторе такого типа концентрация любого компонента равномерна по всему реакционному объему, и поэтому уравнение материального баланса можно записать для всего объема реактора. Для установившегося режима:

где G_пр – масса вещества, поступающего в элементарный объем в единицу времени; G_ух — масса вещества, выходящего из элементарного объема в единицу времени; G_хр – скорость расходования исходного вещества в результате химической реакции, протекающей в элементарном объеме:

(2);

(3). Так как степень превращения равна:

(4);

(5); то

(6),

Рис.1. Схема реактора идеального смешения.

где, — начальная концентрация исходного вещества, — конечная концентрация исходного вещества, — объемный расход реакционной смеси, — скорость химической реакции, — время химической реакции,

-степень превращения, V— объем реакционной смеси.

Уравнение (5, 6) представляют собой проектные уравнения реактора идеального смешения и позволяют определить неизвестную величину по заданным. В любом случае для реактора идеального смешения его размер, расход реагентов, начальные и конечные концентрации могут быть определены только при условии, если известна кинетика процесса.

В таблице 1 приведены расчетные уравнения для реактора идеального смешения непрерывного действия при проведении в нем простых обратимых и необратимых, а также сложных химических реакций.

Таблица 1. Расчетные уравнения для РИС-Н

Схема реакции	Кинетическая модель	Расчетные уравнения

	при

Рассмотрим некоторые примеры расчета такого типа реакторов.

Пример 1.

Определить объем реактора идеального смешения для реакции протекающего без изменения объема реакционной массы.

порядок реакции n=1;

объемный расход исходного вещества G_V = 0,25 л/мин;

начальная концентрация исходного вещества С_А0= 0,5 моль/л;

константа скорости реакции k= 0.15 мин -1 ;

степень превращения x_A = 0,52.

Так как реакция первого порядка, скорость реакции определяем по уравнению:

В РИС-Н приравниваем объем реакционной массы к объему реактора, тогда по уравнению:

Пример 2.

Определить объем реактора идеального смешения для обратимой реакции протекающего без изменения объема реакционной массы.

порядок реакции n=2;

объемный расход исходного вещества G_V = 4,8 м 3 /ч;

начальная концентрация исходного вещества С_А,0= 1,5 кмоль/м 3 ;

константа скорости прямой реакции k₁ = 2*10-3 м 3 /(кмоль∙с);

константа равновесия Кр = 9;

требуемая степень превращения x_A = 0,8 от равновесной.

Объем реактора, в котором проводится данная реакция, определяем из базового уравнения для РИС-Н:

; .

Так как реакция обратимая, составляем кинетическую модель для данной реакции:

т.к. и .

С учетом вышеизложенного выражаем время реакции:

где — фактическая степень превращения;

— константа скорости обратной реакции.

В этом уравнении неизвестными величинами являются фактическая степень превращения и константа скорости обратной реакции. Константу скорости обратимой реакции определяем из уравнения:

Для определения равновесной степени превращения используем константу равновесия, выраженную через концентрации веществ:

где -равновесная степень превращения.

Подставляя в данное выражение значения константы равновесия, получаем . Так как требуемая степень превращения равна 0,8, то фактическая степень превращения будет равна:

Тогда время реакции будет равно:

С учетом полученного времени реакции объем реактора составит:

Пример 3.

Определить объем реактора смешения и достигаемую степень превращения вещества А при условии, что производительность (П) по продукту R составляет 4,8 кмоль/ч.

Дано:

объемный расход исходного вещества G_V = 100 л/мин.;

начальная концентрация исходного вещества С_А0= 1,6 моль/м 3 ;

константа скорости прямой реакции k₁ = 0,28 л/(моль*мин.);

константа скорости обратной реакции k₂ = 0,12 л/(моль*мин.).

По заданной производительности определяем концентрацию по продукту R. Для этого переведем производительность в моль/мин.

Скорость изменения концентрации продукта R в реакторе смешения можно выразить так:

или .

Из базового уравнения для РИС-Н получаем:

где ;

; следовательно,

Определяем степень превращения по уравнению:

Определяем время пребывания исходя из базового уравнения:

Определяем объем реактора:

Пример 4.

Рассчитать объем реактора смешения для получения максимального количества продукта R, а также определить селективность и производительность по продукту R.

Реакция: А → R → S

объемный расход исходного вещества G_V = 18м 3 /ч;

начальная концентрация исходного вещества С_А0= 4,8 моль/л;

константа скорости прямой реакции k₁ = 5мин -1 и k₂ = 1,8мин -1 .

Для получения максимального количества продукта R необходимо выводить реакционную массу из реакционной зоны в момент, когда концентрация вещества R максимальна, что соответствует оптимальному времени пребывания в реакционной зоне.

Из базового уравнения для реактора смешения для продукта R запишем выражение:

, и при условии, что получаем выражения для определения концентрации продукта R на выходе из реактора:

Оптимальное время пребывания реакционной массы в зоне реакции определяем по формуле (см. таб.1).

Рассчитываем степень превращения вещества А по формуле (см. таб. 1.):

Определяем концентрацию R на выходе из реактора:

Определяем производительность по продукту R.

Рассчитываем объем реактора смешения:

Определяем селективность по продукту R:

Задачи для самостоятельного решения

1. Жидкофазная реакция типа А → 2S имеет константу скорости, равную 4.5 ч -1 .Объемный расход исходного вещества с концентрацией 0.8 моль/л составляет 14,5 м 3 /ч. Рассчитать суточную производительность по продукту R для реактора идеального смешения объемом 3 м 3 .

2. В непрерывном реакторе смешения проводится последовательная реакция типа А→R→S с константами скоростей к₁=0,5 ч -1 и к₂=0,8 ч -1 . Исходная концентрация вещества А равна 5 кмоль/м 3 . Продукты R и S на входе в реактор отсутствуют. Рассчитать необходимый объем реактора смешения для максимального выхода целевого продукта R, степень превращения исходного реагента, селективность и выход по целевому продукту, если объемный расход составляет 2,4 м 3 /ч.

3. Процесс описывается последовательной реакцией типа А→R→S с константами скоростей к₁=0,12 л/(моль/мин) и к₂ = 0,8 л/(моль/мин). Объемный поток вещества А равен 3,6 м 3 /ч. Концентрация вещества А на входе в реактор составляет 3,4 моль/л, а степень его превращения – 0,48. Определить концентрации веществ R и S на выходе из реактора и объем реактора смешения.

4. Процесс описывается последовательной реакцией типа А→R→S с константами скоростей к₁= 0,24 л/(моль/мин) и к₂ = 0,18 л/(моль/мин). Объемный поток вещества А равен 3,6 м 3 /ч. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 240 л. Концентрация вещества А на входе в реактор составляет 3,4 моль/л. Определить концентрации всех веществ на выходе из реактора, степень превращения вещества A и селективность по продукту R.

5. Процесс описывается последовательной реакцией типа А→R→S с константами скоростей k₁= 0,18 л/(моль/мин) и k₂ = 0,06 л/(моль/мин). Объемный поток вещества А равен 40 л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 260 л. Концентрация вещества А равно 2,4 моль/л. Определить производительность реактора по продукту R, степень превращения вещества A и селективность по продукту R.

6. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей k₁= 0,18 л/(моль/мин) и k₂ = 0,06 л/(моль/мин). Объемный поток вещества А равен 40 л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 250 л. Концентрация вещества R на выходе из реактора равно 1,2 моль/л. Определить концентрацию вещества А на входе в реактор и степень превращения вещества A.

7. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей k₁= 0,28 л/(моль/мин) и k₂ = 0,12 л/(моль/мин). Поток вещества поступает с концентрацией 1,6 моль/л. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 200 л. Степень превращения вещества A составляет 0,8. Определить допустимый расход вещества А.

8. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей k₁= 0,28 л/(моль/мин) и k₂ = 0,12 л/(моль/мин). Поток вещества поступает с концентрацией 1,6 моль/л. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 140 л. Степень превращения вещества A составляет 0,7. Определить производительность реактора по продукту R.

9. Процесс описывается параллельной реакцией типа

с константами скоростей k₁= 0,28 л/(моль/мин) и k₂ = 0,12 л/(моль/мин). Объемный поток вещества А с концентрацией 1,6 моль/л равен 100 л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения. Определить объем реактора и достигаемую в нем степень превращения вещества А при условии, что производительность по продукту R составляет 4,8 кмоль/ч.

10. Процесс описывается реакцией типа А + В → R с константой скорости к = 0.28 л/(моль/мин). Объемные потоки вещества А с концентрацией 1,6 моль/л и вещества В с концентрацией 2,0 моль/л равны 100 л/мин. Процесс проводится в реакторе смешения объемом 1,2 м 3 . Концентрация вещества А на входе в реактор составляет 3,4 моль/л. Определить производительность реактора по продукту R.

11. Процесс описывается реакцией типа А + В → R с константой скорости к = 0,54 л/(моль/мин). Объемные потоки вещества А с концентрацией 1,8 моль/л и вещества В с концентрацией 2,7 моль/л равны 100 и 80 л/мин. Производительность реактора по продукту R составляет 8,64 кмоль/ч, концентрация продукта R на выходе — 0,8 моль/л. Определить требуемый объем реактора смешения

12. Процесс описывается реакцией типа 2А → R с константой скорости к = 0,64 л/(моль/мин). Заданная степень превращения вещества А составляет 0,8, исходная концентрация вещества А -1,8 кмоль/м 3 , производительность реактора по продукту R – 3,8 кмоль/ч. Определить требуемый объем реактора смешения.

13. Процесс описывается реакцией типа А → 2R с константой скорости к = 0,24 мин -1 . Заданная степень превращения вещества А составляет 0,8, исходная концентрация вещества А — 1,8 кмоль/м 3 , производительность реактора по продукту R – 5,8 кмоль/ч. Определить требуемый объем реактора смешения и объемный расход исходной смеси.

14. Процесс описывается обратимой реакцией первого порядка типа 2А R с константами скоростей: прямой k₁ = 61,4 м 3 /(кмоль/ч) и обратной k₂ = 2,4 ч -1 реакций. Заданная степень превращения вещества А составляет 0,8, исходная концентрация вещества А -1,4 моль/л. Объем реактора смешения равен 0,22 м 3 . Определить производительность реактора по продукту R за час.

источники:

http://www.engineer-oht.ru/zadachi-po-oht/reshenie-zadach-ignatenkov/849-himicheskie-reaktori

http://lektsii.org/14-5145.html