4.2,1. Примеры расчета

Пример 4.2-1. Реакция типа А —» 2 Я протекает без измене­ния объема в установке (рис. 4.12), состоящей из смесителя См, реак­тора вытеснения и делительного устройства Д, в котором продукт Я полностью отделяется, а непрореагировавшее вещество А возвращает­ся в реактор.д	— ^ИСХ'
	п

V С "исх> ^-'А.исх

І *

V с

Р€Ц' А.рец

Рис. 4.12. Схема реакционного узла с фракционным рециклом с реактором вытеснения

Концентрация вещества А на выходе из реактора С_А = 0,48 кмоль/м³, что соответствует степени превращения в реакторе 0,4. Объем реактора вытеснения равен 120 л. Концентрация вещества А на входе в ХТС С_{А исх} =1,2 кмоль/м³. Константа скорости реакции к = 0,03 с^-1.

Определить производительность ХТС по продукту Я, объем возвра­щаемого рецикла.

Решение. Потоки ХТС - 7, 2, І, 4_У 5. Уравнение материального ба­ланса для ХТС в целом

^У\ ^СА1 ^{= К}5 ^С115'

Ух-У*

Составим уравнения материального баланса по веществу А для смесителя См, реактора идеального вытеснения (РИВ) и делителя Д.

^А2 ⁼ ^З^АЗ ⁺ *А>

Материальный баланс по веществу Я для РИВ и Д

^У2 ^СА2^ХА = = ^УА ^К5^СЯ5/%-

Составим уравнения материальною баланса по потокам для См, РИВиД

У> + У₄=У₂;

у₃=у₄+у₅.

В записанных девяти уравнениях имеем девять неизвестных: У_}, У₂,

^А2> ^А3> ^А4' Оо ^И

Базовое расчетное уравнение процесса с реакцией первого порядк

а

в реакторе вытеснения имеет вид

,-и

* >-*а'

где т - у_рИв/К₂. Учитывая последнее, можно решить систему балансо- вых уравнений и определить все неизвестные:

1,1

т 1п = 17 с;

0,03 1-0,4

*2^в"рив/^{т =} 120/17 = 7,06 л/с;

С_Л2 = С_АЗ/(1 - х_А) = 0,48/(1 - 0,4) = 0,80 кмоль/м³;

^К4^СА4⁼ *з^САЗ⁼ ~~ ⁼ 7,06-0,8 (1 — 0,4) = 3,389 моль/с;

К,С_А1 = К₂С_А2 - К₄С_А4 = 7,06 0,8 - 3,389 - 2,259 моль/с;

У_{ — 2,259/1,2 = 1,8825 л/с;

К₄ - К₂ - К, = 7,06 - 1,8825 = 5,1775 л/с;

"к = = = ^2 ^А2= 7,06-0,8-0,4-2 =

= 4,518 моль/с.

Пример 4.2-2. Реакция типа А —» 2 К протекает без изменения объ­ема и проводится в установке (см. рис. 4.12), состоящей из смесителя См, реактора вытеснения и делительного устройства Д в котором про­дукт II полностью отделяется, а непрореагировавшее вещество А воз­вращается в реактор. Константа скорости реакции равна 0,025 с^-1. Концентрация вещества А на выходе из реактора составляет 0,36 моль/л, что соответствует степени превращения в реакторе 0,4. Объем реактора равен 150 л. Концентрация вещества А в исходном по­токе составляет 0,8 кмоль/м³.

Определить объем рецикла, концентрацию вещества А в рецикле и производительность по продукт)' Я.

Решение. Определяем концентрацию вещества А на входе в реактор:

^А0 1-*д 1-0,4 Рассчитываем время пребывания в реакторе:

т — —- 1п —-— — —-— 1п—-— = 20.4 с. к 1 - 0,023 1-0,4

Находим объемный расход на входе в реактор:

К₀ = ^х = 150/20,4 - 7,35 л/с = 26,42 м³/ч.

Составляем уравнения материального баланса по веществу А для смесителя: У₀С_А0 = К_исхС_{А исх} + ^_иС_рек и делителя: У^С - У₀С_А. Используя эти два уравнения, находим исходный объемный поток на входе в систему:

у_Ъ(С_м-С_А)_я 2₆.42-(0.б-0.3б) _{=7>93 м3/ч>}

0,8

'ИСХОпределяем объемный расход рецикла:

^реи - - К* = 26,42 - 7,93 = 18,49 м³/ч. Рассчитываем концентрацию вещества А в рецикле:

У₀С_А 26,42-0,36 _Л€1 . з

Срец = = —— = 0,51 кмоль/м.

V.

18,49

ре

цНаходим производительность по продукту Я: ^ = "а.исх%Аа ⁼ ^а,исхЧ = 7,93-0,8-2/1 = 12,68 моль/ч.

Пример 4.2-3. Процесс описывается реакцией типа 2А -> Я и про­водится в установке, состоящей из смесителя Си, реактора идеального смешения, делительного устройства Д(рис. 4.13). Производительность по продукту А составляет 24,3 кмоль/ч, объемный расход исходной смеси - 10,2 м³/ч. Концентрация вещества А на выходе из реактора равна 0,92, а в рецикле - 2,38 кмоль/м³. Объем реактора равен 300 л.

Определить объем рецикла и рассчитать константу скорости реак­ции.

Решение. Определяем концентрацию вещества А на входе в уста­новку:

Рис. 4.13. Схема реакционного уїла с фракционным рециклом с реактором смешения

"А. исх 24,3

С_{А исх} = "^{,П А} = —— = 2,38 кмоль/м. ^А,исх К.,. 10.2

Рассчитываем степень превращения в реакторе:

= Iv,_y г., 71

4 4) 0 —г) 441Н») 85

(¹⁺1г) 85

Я \ П Г, / 98