Зависимость скорости реакции от степени превращения

Расчетные величины	Число точек
	1	2	3	4	5	6
хA	0	0,2	0,4	0,5	0,6	0,7
r*103 моль / л *мин	18	13,1	8,97	7,02	5,3	3,74
1/ r л * мин / моль	56,6	76,3	112	142	167	267

Построим график зависимости обратной скорости от степени превращения и рассчитаем площадь под кривой.

Рис. 8.2. График зависимости обратной скорости реакции от степени превращения

Площадь под кривой равна = 41,4 л·мин/моль

Так как ^G _v,0 ^{= 6 м3/час или 0,1 м3/мин,}

_{то Vрив = Gv,0 · cА,0 · = 0,1· 0,04· 41,4 = 0,166 м}³ _{или 166 л.}

_{Сравнивая объемы Vрис-н и Vрив, можно сделать вывод, что РИВ является более эффективным реактором, чем РИС-Н.}

Расчет каскада реагентов заключается в определении числа ступеней (числа реакторов) m, необходимых для достижения заданной степени превращения.

Пример 8.2

Уксусный ангидрид подвергают гидролизу в К-РИС-Н.

(СН₃СО)₂О + Н₂О = СН₃СООН + СН₃СООН

А В С Д

Исходные данные:

начальная концентрация реагента А с_А,0 = 0,3 моль/л, степень превращения х_А= 0.7, объемный расход G_v,o = 20 л/мин, константа скорости k = 0,38 мин^-1. Процесс идет при большом избытке воды. Число реакторов в каскаде равно 4. Определить объем одного реактора и время пребывания реагентов в каскаде реакторов.

Решение.

1. Объём реактора полного смешения необходимая для достижения заданного степени превращения определим по уравнению:

, где

- конечная концентрация реагента А.

2. Среднее время пребывания реагентов в РИС-Н в каскаде находим из уравнения 7.14:

Тогда объем реактора в каскаде равен:

Общий объем реакторов в каскаде равен:

Таким образом, для проведения реакции до степени превращения равной 0,7 необходимо использовать РИС-Н с объемом 123 л или каскад из четырех реакторов с общим объемом 74 л.

Пример 8.3

Реакция протекает непрерывно в К-РИС-Н из трех реакторов: с_А,0= 1,5 кмоль/м³; G_V,0 =10 м³/ч; k₁ = 10 м³/(кмоль/ч); константа равновесия Кр =16,0; Необходимая степень превращения х_А должна составлять 80 % от равновесной степени превращения. Определить объем одного реактора, полагая, что V₁=V₂=V₃.

Решение.

Равновесную концентрацию реагента А можно найти из выражения

константы равновесия:

Обозначим равновесные концентрации через – y.

Тогда с^*_А = 1,5-2у, с^*_В = с^*_С = y.

Подставляя в уравнение для константы равновесия, получим:

.

Решая уравнение, находим значение у =0,66 кмоль/м³ . Полученное значение представляет собой равновесную степень превращения. По условию реагент А прореагирует на 80% от равновесной степени превращения:

х_А= 0,80,66 = 0,53 кмоль/м³

Тогда конечная концентрация реагента А составит:

с_А = 1,5- 20,533 = 0,43 кмоль/м³