Пример 11

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

Д ано:

Реакция

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

начальная концентрация исходного вещества С_А0= 1,6 моль/м³;

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

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

Решение.

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 12.

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

Дано:

Реакция: А → R → S

объемный расход исходного вещества G_V = 18м³/ч;

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

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

Решение.

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:

.

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:

Gпр=Gух+Gхр (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

Примеры расчетов.