лаб 3.3

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«МИРЭА – Российский технологический университет»

РТУ МИРЭА

Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

(наименование Института)

Кафедра общей химической технологии

(наименование кафедры)

Лабораторная работа №3.3

Моделирование и исследование протекания сложной реакции в каскаде реакторов идеального вытеснения

Вариант 21

Работу выполнила

Студентка группы ХБМО-02-20

Иванова Елена Анатольевна

Руководитель работы

Кацман Евгений Александрович

Москва, 2020

Цель и задача работы

По результатам второй части работы выбирается наилучший режим (сочетание температуры и среднего времени пребывания). В этом режиме следует провести расчет каскада реакторов идеального смешения в зависимости от числа аппаратов в каскаде, сохраняя постоянным общий объем каскада, т.е. время пребывания.

Теоретическая часть

В качестве исходной информации используется та же матрица стехиометрических коэффициентов, программа работает в диалоговом режиме, в качестве исходных данных, запрашивая температуру, время пребывания и число аппаратов каскада. Выводятся концентрации и характеристики реакции (P, R, S) на выходе из последнего аппарата каскада. Результаты заносятся в таблицу 1.

На основе полученных данных строятся графики 1-2 зависимостей всех концентраций и трех характеристик (P, R, S) от числа аппаратов каскада (N).

Таблица 1. Результаты расчетов

Число ячеек, N	k1	k2	k3	с1	с2	с3	с4	P	R	S
1	7,01E-02	5,01E-03	5,00E-03	0,2856	0,6667	0,1337	0,05706	0,762	0,556	0,729
2				0,1774	0,7599	0,1351	0,06381	0,852	0,633	0,743
3				0,1358	0,796	0,1354	0,0664	0,887	0,663	0,748
4				0,1142	0,8147	0,1356	0,06775	0,905	0,679	0,75
5				0,101	0,8261	0,1357	0,06857	0,916	0,688	0,752
10				0,07459	0,849	0,1359	0,07022	0,938	0,708	0,754
20				0,06154	0,8603	0,1361	0,07104	0,949	0,717	0,756
30				0,05725	0,864	0,1361	0,0713	0,952	0,72	0,756
40				0,05512	0,8658	0,1362	0,07144	0,954	0,722	0,756
50				0,05385	0,8669	0,1362	0,07152	0,955	0,722	0,756

График 1. Зависимость концентраций от числа аппаратов каскада

График 2. Зависимость степени превращения, выхода и селективности от количества аппаратов в каскаде.

Обсуждение результатов

Сначала рассмотрим расчет 1 аппарата каскада, что соответствует аппарату идеального смешения. Результаты расчета соответствуют уже полученным ранее результатам расчета реактора идеального смешения (при тех же условиях). Расчет при большем числе аппаратов (≈50), соответствует гидродинамическому режиму идеального вытеснения, результаты совпадают с ранее выполненным расчетом.

Из полученных данных видно, что выход продукта увеличивается при увеличении числа аппаратов каскада. Наибольший выход достигается при 50 ячеек аппарата. При этом резко выход возрастает только до 10 аппаратов, далее рост выхода незначителен, но при этом безусловно ведет к удорожанию процесса. Исходя из вышеизложенного 10 аппаратов, это оптимальное количество для данного процесса.

С ростом числа ячеек S, P, R возрастают, причем для данного случая P больше, чем S, R. Здесь стоит отметить, что селективность на протяжении всего каскада реакторов сильно не изменяется, тогда как степень превращения в первых 10 аппаратов активно возрастает. Наиболее важных критерий в данном случае будет селективность, так как целевой продукт отделить от побочного достаточно сложно, гораздо легче его получить из исходного, который довольно дорогой. Отсюда следует, чтобы снизить количество побочного продукта количество аппаратов не должно превышать 10.

Выводы

Для ведения сложной реакции, проходящей в стационарном изотермическим режиме, наиболее оптимальным является каскад реакторов из 10 аппаратов (что является переходным значением от реактора идеального смешения до реактора идеального вытеснения). Данный вывод подтверждается также при анализе влияния количества аппаратов в каскаде на критерии химико-технологического процесса (при выборе селективности в качестве основного критерия).