Егорова. Моделирование химико-технологических процессов 2005
.pdfДО того, как вы начали данную работу. Примером подобного
анализа может служить п. 1.5. настоящего пособия, хотя,
разумеется, в каждом случае анализ должен строиться с учетом
решаемой задачи.
Проделав этот анализ, вы дальше сопоставляете его
результаты с тем, что у вас получилось, и по возможности
делаете вывод о том, что следовало бы изменить для улучшения
полученных результатов. При этом, разумеется, следует
соблюдать формальные требования: работа и каждый её раздел
должны быть озаглавлены; таБJ1ИЦЫ и рисунки пронумерованы
иозаглавлены; графики желательно выполнять на
миллиметровке и вклеивать в тетрадь.
Литература.
1.3акгейм А.Ю. Введение в моделирование химико
теХНОЛОГИ<lеских процессов. Изд. 2-е. - М.: Химия, 1982.
2.Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. / Ред. Айнштейн В.Г- М.: Химия, 1999.
3.Кутепов А.М., Бондарева т.И., Беренгартен мт. Общая
хими-
ческая технология. Изд. 3-е. - М.: ИКЦ "Академкнига",
2004.
l'
http://www.mitht.ru/e-library
3. Задачи
3.1. Общие указания
Самостоятельное решение задач - важный элемент
изучения дисциплины "Химические реакторы и их моделирование". Задачи, приведенные здесь охватывают все разделы дисциплины. Нумерация задач сквозная, без деления на разделы, поскольку большинство из них затрагивает одновременно ряд разделов. Основная их часть может быть решена без применения ЭВМ; в тех случаях, когда использование компьютера необходимо или желательно, номер задачи сопровождается буквой М.
Во всех случаях, кроме специа.1ЬНО оговоренных,
подразумевается следующее:
1)реакция (процесс) проходит при постоянном объеме;
2)в начальный момент в системе присутствуют только
исходные реагенты, а продуктов реакции нет;
3) реакция проводится изотермически.
Кзадачам 1-31 и 32-62 приведены общие условия, а затем
-конкретные условия каждой задачи. Для ряда задач (в основном
-помеченных буквой М) указано: "варианты у преподавателя".
Вэтих случаях следует взятЕ, у преподавателя данные по
заданному номеру варианта.
Основные обозначения: А" А2,••• или А, В, с... -символы веществ; С, (Cj ) - концентрация вещества А (вещества J); Со,
(COj ) - соответственно, начальная концентрация данного
вещества; k , k. - константы скорости вещества; k, k - константы
I I
ko ' kOi - предэкспоненты уравнения Аррениуса для тех же реакций; Е, Е, - их энергии активации; Т - температура; r -
скорость реакции; t - время; - среднее время пребывания;
http://www.mitht.ru/e-library
v - объемный расход; V - объем.
Концентрации даны в моль/л (кмоль/м3); энергия активации -
вджlмоль.
В кад\дой из задач 1-31 заданы: схема реакции с указанием
порядка каждой стадии, значения концентраций всех веществ в
начальный момент, концентраций части веществ (ключевых) в
некоторый текущий момент времени, а также констант скорости
для всех стадий. Константы скорости имеют размерность: для
стадий 1-го порядка мин", для второго порядка л· моль"МИI-I".
Необходимо:
1) рассчитать для текущего момента времени концентрации
неключевых веществ:
2) для того же момента времени рассчитать скорости реакции
по всем веществам - как ключевым, так инеключевым;
3) записать уравнения, описывающие протекание данной
реакции в потоке идеального смеluения и идеального
вытеснения; запись не должна содержать численные значения
концентраций, констант скорости и скоростей.
1, |
|
|
|
|
|
|
|
А + 2В < |
! поА: k, |
k,=4; k2=O,5; kз=8; |
|
|
|
>с |
k4::::O,5; |
||
|
|
|
2 по С; k2 |
Сло=4; Сво=6; |
|
|
|
1 ПО С; kз |
|||
|
|
Св=2; C D=4,5 |
|||
|
|
с < |
:>ЗD |
||
|
|
|
|||
2. |
|
1 по D; k4 |
|
||
|
|
||||
|
|
|
|
||
|
|
I 110 А; k, |
k,=2; k2=1; kз=4; |
||
|
А < |
:> С +2О |
k4 =O,5; |
||
! |
1 по С; k2 |
Сло=5; С[З()=5; |
|||
1 ПО В; 1 по С; kз |
|||||
СD=б;СЕ=б |
|||||
В+С « |
--->3Е |
||||
|
|||||
|
1 по Е; k4 |
|
|||
http://www.mitht.ru/e-library
3.
|
|
|
|
|
|
1 по А; I ПО B~\ |
||||||
|
|
А + В |
<Е |
|
|
|
|
2С |
|
|||
{В+С |
|
|
|
|
2 по С; k2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
1 ПО С; kз |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
>2D |
||||||
4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 по А; k1 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
А |
|
>2В+С |
||||||||
|
|
|
|
|
2 по В; k2 |
|
|
|
||||
|
|
В |
|
|
|
|
> D |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
1 по С; 1 по О; kз |
|
|
|||||
5. |
|
C+D |
|
|
>Е |
|||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 по А; k\> |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
А <Е |
|
|
|
|
|
2В |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
2 по В; k2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 ПО В; kз |
|
|
|||
|
|
А + В -<Е----=;.> 3С |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 по С; ~ |
|
|
|||
6. |
|
|
|
|
|
|
I по В; k\ |
|
|
|||
|
|
А+2В |
> С |
|||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
1 по А; 1 ПО С;}2 |
||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
2А + С <Е |
1 по О; kз |
3D |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 по А; k\ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
А + 2В <Е |
>с |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 по С; k2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
1 по С; kз |
|
|
|||
|
|
С |
<Е |
1 по О; Iч >3D |
||||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
k1=4; k2=O,5; kз=2;
Сло=2,5; Сво=6;
Сл=О,5; Се=1
k1=2; k2=4; kз=4;
Сло=3; Сл=О,5; Св=1; СЕ=1
k t=6; k2=O,6; kз=2; 14=0,5;
Сло=7;
Сл=3;Се=3
k1=4; k2=2; kз=1;
Сло==6; Сво=8; Сл==1; Со=3
k1=5; kz=1; kз=9;
~=l;
Сло=6; Сво=8;
Св=2;Со=3
http://www.mitht.ru/e-library
8.
|
( |
А( |
1 по А; k1 |
>C+2D |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1 по С; k2 |
|
|
|
|
|
|
1 по В; 1 по С; kз |
||
|
|
|
8+С < |
|
>3Е |
|
9. |
|
|
|
1 по Е; ~ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 по А; 1 по В;;}l |
||
|
|
|
А+В < |
|
С |
|
|
1 |
2 по С; k2 |
||||
|
1 по С; kз |
|||||
|
|
|
в + с -------:'7> 3D |
|||
10. |
|
|
|
|
|
|
|
f |
А |
1 noA;k1 |
|
>2В+С |
|
, |
|
2 по В; k1 |
||||
l |
B --- >D |
|||||
|
|
1 по С; Iпо О; kз |
||||
|
С+D |
|
-7[ |
|||
11. |
|
|
|
|
> |
|
|
|
|
|
1 по А; k |
j |
|
|
|
|
А < |
|
|
28 |
|
|
|
|
2 по В; k2 |
||
|
|
|
|
1 по в·, k,.» |
||
|
|
|
А+8 < |
|
3С |
|
|
|
|
|
1 по С; ~ |
||
12. |
|
|
|
|
|
|
|
{ |
|
1 по В; kl |
|||
|
А + 28 ----- 7> С |
|||||
|
|
1 по А; 1110 C~k1 |
||||
|
2А+С < |
|
3D |
|||
|
l |
|
I по О; kз |
|||
|
|
|
|
|
|
26 |
kJ=3; k2=1; kз=5;
~=l;
САо=6; Сво=7; Со=8; СЕ=6
k]=5; k2=1; kз=3;
САо=5; Сво=8;
СА=2;Сс=2
k]=3; k2=З; kз=б; САо=5;
СА=2:Св=2;СЕ=1
kJ=4., k2=1·, k~=3·.) ,
~=1;
САО=б;
СА=2;Сс=б
kJ=3; k2=4; kз=О,5;
САО=4; Сво=5; СА=I; Со=1,5
http://www.mitht.ru/e-library
13.
Л+2В < |
1 по А; k) |
>с |
|
|
2 по С; k2 |
1 по С; kз |
|
с < |
>3D |
1 поD; ~ |
|
14.
1 по А; k) |
|
А< |
>C+2D |
1 по С; k2 |
|
1 ПО В; 1 по С; kз |
|
В+С < |
)ЗЕ |
1 по Е; Iч
15.
1 по А; 1 по В; k)
|
А+В < |
) 2С |
!В +С - |
2 по С; k2 |
|
1 по С; kз |
||
) 2О |
||
16. |
|
|
|
1 по А; k) |
|
|
л' |
) 2В+С |
|
2 по В; k2 |
|
|
В |
>D |
|
||
|
1 по С; 1 по О; kз |
|
|
C+D |
>Е |
17.
1 поА;k) >
А < |
2В |
2 по В; k2 |
|
л+в < |
1 по В; k~ |
3С |
|
1 по С; ~
k J=3; k2=O,5; kз=6; kt=l;
Сло=5; Сво=7;
Св=3; CD=I,5
kJ=2,5; k2=1,5;
kз=10; ~=O,25;
Сло=5; Сво=5;
CD=9; СЕ=12
k J=6; k2=2; kз=4;
Сло=4; Сво=1О; Сл=l; Сс=1
kj=l; k2=1; kз=3;
Сло=4; Сл=1; Св=2; СЕ=1
kl=1О; k2=0,2;
kз=12; ~=l; Сло=10;
Сл=2;Сс=6
27
http://www.mitht.ru/e-library
18.
|
1 по В; k1 |
А+2В |
-7 С |
|
|
1 по А; 1 по C>k2 |
||
12А+С < 1 по О; kз |
3D |
|||
19. |
|
|
|
|
|
|
|
1 по А; kj |
|
|
|
|
|
|
|
А+2В ?<____ -?ос |
|||
|
|
|
2 по С; k2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 по С; kз |
|
|
|
С ~-п-о-D-;lч->3D |
|||
20. |
|
|
|
|
|
J но А; k\ |
|
||
|
А< |
|
>C+2D |
|
|
1 по С; k2 |
|
||
|
|
|||
|
1 по В; 1 по С; kз |
|
||
|
В+С < |
|
-73Е |
|
|
1 |
по Е; k.; |
|
|
|
|
|
||
21. |
|
|
|
|
|
1 ПО А; 1 по В: kj |
|
||
|
|
|||
|
А+ В < |
|
;? 2С |
|
|
|
2 по С; k2 |
|
|
|
|
1 ПО С; kз |
|
|
|
В+С |
|
>2D |
|
22. |
|
|
|
|
|
1 по А; kj |
|
||
|
|
|||
|
А |
|
>2В+С |
|
|
2 по В; k2 |
|
||
|
|
|||
|
В |
|
>D |
|
|
1 по С; 1 по О; kJ |
|
||
" C+D |
|
>Е |
|
|
k 1=5; k2=1 О; kз=О,
САо=10; С80=15;
СА=2'C, D=6
k1=4; k2=1; kз=6;
1, =05'
1'1..4 "
САо=4: Сво=8;
C8=2;CD=3
k1=6', k2=}., kо.J =З',
1, =05'
1'1..4 "
САо=4; С80=5;
CD=4; Ct;=3
k I=6; k2=1; kз=З;
САо=4; Сво=5; СА=2; Сс=3
k}=6; k2=2; kз=1;
Сло=8; Сл=2; Св=5; СЕ=2
28
http://www.mitht.ru/e-library
23.
1 поА;k! >
А < |
2В |
2 по В; k2 |
|
|
1 поВ;Jч > |
А+В< |
3С |
1по С; ~
24.
1 по В; k!
{А+2В > С
1 по А; 1 по <;k2
2А+С< 3D
1 поD; kз |
|
25. |
|
1 по А; k! |
|
А+2В < |
>с |
2 по С; k2 |
|
1 по С; kз |
|
С < 1 поD;~ >3D
26.
1поА;kl
А< )C+2D
1 по С; k2
|
1 ПО В; 1 по С; kз |
|
|
В+С < |
)3Е |
|
|
1 по Е; ~ |
27. |
|
|
|
|
|
|
А+в ~поА; 1поB;}1 |
|
|
||
|
|
2C |
|
|
2 по С; k2 |
|
|
|
|
|
1по С; kз |
|
В+С |
)2D |
k1=10; k2=O,1;
kз=10; Iч=l;
САо=12; Сл=3;Сс=9
kI=6,2. k =4., k3=5·,
Сло=lО; Сво=16;
СА=1; Со=3
k)=7; k2=1; kз=9;
~=1,5; Сло=7; Cвo=lO; Св=2;Со=9
k)=2,5; k2=O,5; kз=5;
~=1; Сло=6; Сво=7;
СD=6., СЕ=3
k1=2; k2=O,25; kз=3;
Сло=5; СВ9=10;
Сл=2;Сс=2
29
http://www.mitht.ru/e-library
28.
I поА;k,
А>2В+С
|
|
2 по В; k2 |
::;. о |
||
|
|
в |
|||
|
|
||||
|
|
1 по С; 1 110 О; kз |
|||
|
|
C+D |
>Е |
||
29. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 по Л; k! |
::;. |
|
|
|
|
||||
|
|
А < |
2В |
||
|
|
2 по В; k2 |
|||
|
|
||||
|
|
1 поВ; kз |
|||
|
|
А + В ;----7- 3С |
|||
|
|
1110 с: ~ |
|||
30. |
|
|
|
|
|
{ |
1 по В; kl |
||||
|
|
|
|
||
А+2В |
|
>с |
|||
1 по А; 1 по <;k2 |
|||||
2A+C~ |
|
3D |
|||
|
|
I гю D; kз |
|||
31. |
|
|
|
|
|
|
|
] 110 А; k l |
|||
|
|
А+2В < |
>с |
||
|
|
2 паС; k2 |
|||
|
|
1 поС; kз |
|||
|
|
С < |
>3D |
||
|
|
1поD; ~ |
|||
k =4. k =2· k,=l·
1 , 2 , .) ,
САо=6; СА=2;Св=2;СЕ=2
kj=lO; k2=1; kз=5;
~=l;
CAo=lO;
Сл=8; Сс=3
kJ=5; k2'=6; kз=2;
САо=7; Сво=5; СА=3;Со=3
k J=3·, k~=l·... , k,=7·.) ,
~=l;
САо=5; Сво=9;
CB=l; Со=7,5
в задачах 32 - 62 рассматривается протекание реакции в
аппарате идеального смешения. Обозначения - как в
предыдущих задачах. Размерности те же. Требуется рассчитать
концентрации всех веществ на выходе из реактора, степень
http://www.mitht.ru/e-library
превращения реагента А, выход целевого продукта В и
селективность.
32.r |
|
2поА;kl |
|||||
i |
2А 1 поВ;k2 > В |
||||||
|
L |
в |
----....::;.) С+2Н |
||||
33. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А + С |
1 по А; 1 по С; kl |
||||
|
|
|
|
)2В |
|||
{ |
|
|
1 по В; k2 |
||||
В |
|
|
> D+2E |
||||
34. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 по А; 1 по С; k] |
|||
|
|
А+С |
|
|
)в |
||
{ |
|
2 по В; k2 |
|||||
2В |
|
> D |
|||||
|
|
|
|||||
35. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I по А; 1 по С; kl |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
А+С |
|
-----7 В |
|||
|
|
|
|
1 по В; k2 |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
В < |
> |
D |
|||
|
|
|
|
1 по D; kз |
|
|
|
36. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J по А; k) |
|||
|
|
А |
|
>В |
|||
{ |
|
|
|
|
|||
2 по А; k2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
37. |
2А |
|
> 3С |
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 по А; k 1 |
|||
|
|
2А |
|
|
> |
В + 2Н |
|
{А |
I по А; k2 |
2С |
|||||
> |
|||||||
t = о 5' k =6· k =2·
" \ ,2 ,
Сдо=3;
t = 0,5; k\=6; k2=2;
Сдо=3; Ссо=4
t = 0,5; k\=6; k2=2;
Сдо=3; С<.;о=4
t = 0.5; kJ=6; k2=2;
kз=l; САо=3; Ссо=4
t = о,5·, k1=6·,2k =2·,
САо=3
t= 0,5; k J=6:
САо=3
http://www.mitht.ru/e-library