Задача №4

В периодическом реакторе протекают реакции:

A Y C

B D

Им соответствуют следующие кинетические уравнения:

r₁ = k₁C_AC_Y

r₂ = k₂C_BC_Y

Соотношение констант скоростей k₂/k₁ = 0.5; исходное мольное отношение C_A,0/C_Y,0= 10, Конверсия оксида этилена полная.

Каково должно быть предельно-допустимое массовое содержание воды в исходном спирте, чтобы содержание этиленгликоля в этилцеллозольве не превышало 1% масс.?

Решение

В соответствии с буквенным обозначением веществ запишем уравнения материального баланса, учитывая, что конверсия оксида этилена полная:

C_Y = C_Y,0 - C_C - C_D = 0

C_A = C_A,0 - C_C

C_B = C_B,0 - C_D

Обозначим через β_Y заданное мольное отношение C_Y,0/C_A,0: β_Y= C_Y,0/C_A,0 = 0,1 а через β_B искомое мольное соотношение C_B,0/C_A,0: β_B = C_В,0/C_{A,0 .}

Вычислим соотношение концентраций этиленгликоля и этилцеллозольва в продуктах реакции (при предельно допустимом содержании этиленгликоля):

C_D/C_C= (1/99)(М_C/М_D) = 0,0147

или, с учетом уравнений баланса:

(C_B,0 - C_B)/(C_A,0 - C_A) = 0,0147

тогда, подставив выражение для β_B, получим:

β_B(1 - C_B/C_B,0) = 0,0147(1 - C_А/C_А,0) (1)

Из уравнений материального баланса следует:

C_Y,0 = C_A,0 - C_A + C_B,0 - C_B

или

β_B(1 - C_B/C_B,0) = β_Y - 1 + C_А/C_А,0 (2)

Решая совместно уравнения (1) и (2), учитывая, что β_Y= 0,1, получим:

C_А/C_А,0= 0,9014

Из заданных кинетических уравнений следует:

dC_А/dC_B= (k₁/k₂)(C_А/C_B)

После интегрирования и подстановки k₂/k₁= 0,5 получим:

C_А/C_А,0 = (C_B/C_B,0)²

откуда:

C_B/C_B,0= 0,9494

а из уравнения (1):

β_B = 0,0147(1 - C_А/C_А,0)/(1 - C_B/C_B,0) = 0,0286

что соответствует весовому соотношению 0,0112 или содержанию воды в исходном спирте 1,1 % масс.

Задания для самостоятельного решения

Задача №5

В проточном реакторе полного смещения идут реакции:

Н₂О + СН₂=СН₂С₂Н₅ОН; r₁= k₁[Н₂О][СН₂=СН₂];

С₂Н₅ОН + СН₂=СН₂С₂Н₅ОС₂Н₅; r₂= k₂[С₂Н₅ОН][СН₂=СН₂]

Соотношение констант скоростей k₂/k₁ = 0.5, а соотношения потоков воды и этилена на входе в реактор равно 4.

Вычислить конверсию этилена и селективность образования этилового спирта по этилену, если конверсия воды составляет 20%.

Задача №6

В проточном реакторе полного смешения идут реакции:

С₂Н₅ОНСН₂=СН₂+ Н₂О; r₁= k₁[С₂Н₅ОН];

2С₂Н₅ОН(С₂Н₅)₂О + Н₂О; r₂= k₂[С₂Н₅ОН]²;

Начальный поток С₂Н₅ОН составляет 10 мол/час, начальная концентрация [С₂Н₅ОН]₀= 5 мол/л. Рассчитать мольные потоки на выходе из реактора, если степень конверсии этанола 70% и k₂/k₁ = 0.1.

Задача №7

Для системы реакций:

составить уравнение, связывающее концентрацию кислорода с концентрацией этилена и оксида этилена.

Задача №8

В проточном реакторе идеального вытеснения идут реакции:

СН₃ОН + 1/2 О₂СН₂=О + Н₂О; r₁= k₁[СН₃ОН]

СН₃ОН + 3/2 О₂СО₂+ 2 Н₂О; r₂= k₂[СН₃ОН]

Поток метанола и воды на входе в реактор составляют соответственно 10 мол/час и 100 мол/час, соотношение k₂/k₁ = 0.2.

Какой должен быть поток кислорода на входе в реактор, чтобы на выходе его концентрация не превышала 3%, а степень конверсии метанола в аппарате составляла 90%.

Задача №9

В проточном реакторе полного смешения идут реакции:

СН₃ОН + 1/2 О₂СН₂=О + Н₂О; r₁= k₁[СН₃ОН]

СН₃ОН + 3/2 О₂СО₂+ 2 Н₂О; r₂= k₂[СН₃ОН]

Поток метанола и воды на входе в реактор составляют соответственно 10 мол/час и 100 мол/час, соотношение k₂/k₁ = 0.2.

Какой должен быть поток кислорода на входе в реактор, чтобы на выходе его концентрация не превышала 3%, а степень конверсии метанола в аппарате 90%.

Задача №10

В проточном реакторе полного смешения идут реакции:

А + D Р; r_Р = k₁[А][D]

Y + D  Т; r_Т = k₂[Y][D]

Вычислить степени конверсии А и Yи селективность образования целевого продукта Р по исходному D, если соотношение констант скоростей k₂/k₁ = 0.3, С_а,0 = С_Y,0 = С_D,0 , а степень конверсии Х_D= 0.5.

Задача №11

В проточном реакторе идеального вытеснения идут реакции:

А + D Р; r_Р = k₁[А][D]

Y + D  Т; r_Т = k₂[Y][D]

Вычислить степени конверсии А и Yи селективность целевого продукта Р по исходному D, если соотношение констант скоростей k₂/k₁ = 0.3, С_а,0 = С_Y,0 = С_D,0, а степень конверсии Х_D= 0.5.

Задача №12

Для последовательных реакций:

А RS

r₁= 1.66 10^-3[А] мол/(л сек);

r₂= 1.66 10^-3[R] мол/(л сек);

идущих в проточном реакторе полного смешения определить степень конверсии и селективность образования целевого продукта R, мольные потоки продуктов R и S и объем реактора для обеспечения максимального выхода продукта R, если [А]₀ = 1 мол/л, поток F_А,0 = 2.8 10^-5кмол/сек.

Задача №13

В периодическом реакторе идут реакции:

А + 2 Y2B+ S , r₁= k₁[А][Y]²;

А + YТ + U , r₂= k₂[А][Y];

Вычислить состав продуктов и найти k₂/k₁ , если [А]₀ = [Y]₀ = 1 мол/л, а после полного исчерпания веществаYв реакционной массе осталось 0.1 мол/л непрореагировавшего А.

Задача №14

В периодическом реакторе идут реакции:

А + D R r₁= 21[А][D];

Y + D  S r₂ = 147[Y][D];

Начальные концентрации составляют [А]₀ = 4 мол/л; [Y] ₀ = 5 мол/л.

Вычислить начальную концентрацию [D]₀, при которой после полного исчерпания D в реакционной массе мольное соотношение А:Yсоставило 99.

Задача №15

В периодическом реакторе идут реакции:

А + YR + Т , r₁= k₁[А][Y];

R + Y  S + Т , r₂ = k₂ [R][Y];

Начальные концентрации веществ А и Yравны между собой. После исчерпанияYбыло обнаружено, что при 25^оС прореагировало 75% А, а при 45^оС60% А. Найти зависимость k₂/k₁ от температуры и вычислить максимальный выход целевого продукта R, если температурный диапазон проведения реакции составляет 565^оС.

Задача №16

В периодическом реакторе идут реакции:

А + YR

А + YS

А + YT

Где А бензолсульфокислота;YHNO₃; R, S и Tо-, м- и п- нитробензол-сульфокислоты, соответственно. [А]₀ = 4 мол/л, [Y]₀ = 2 мол/л. За время реакции 40 минут конверсия бензолсульфокислоты составила Х_А= 0.333, а мольное соотношение продуктов R:S:T = 21:72:7.

Вычислить количества веществ, получаемых в промышленном реакторе, если в реактор загружены 1433 кг А и 571.5 кг Y, начальные концентрации [А]₀ = [Y]₀  = 4 мол/л, а время реакции - 90 мин.

Задача №17

В проточном реакторе полного смешения идут реакции:

2 А R , r₁= 0.5[А]²мол/(л сек);

А + YS , r₂= 2[А][Y] мол/(л сек);

2 YT , r₃= 0.25[Y]²мол/(л сек);

Начальные концентрации [А] ₀ = 4 мол/л; [Y] ₀ = 8 мол/л.

Вычислить состав продуктов реакции и селективность образования целевого продукта R по исходному А, используя связь конверсии А и Yи приняв степень конверсии вещества А равной 0.7.

Задача №18

В периодическом реакторе идут реакции:

А + Y  R

R + Y  S

В реактор внесены по 1 молю веществ А и Y. Вычислить состав реакционной массы, степени конверсии А иYи селективность R , если после реакции веществаYне обнаружено и выделено 0.25 моль вещества S.

Задача №19

В каскаде из двух проточных реакторов полного смешения равного объема идут реакции:

А + YR , r₁= k₁[А][Y];

2 Y  S, r₂ = k₂[Y]²;

Соотношение начальных концентраций составляет [А]₀/[Y]₀ = 40, а соотношение констант скоростей k₂/k₁ = 80.

Найти степень конверсии вещества Yи селективность образования целевого продукта R на выходе из второго реактора каскада, если степень конверсии веществаYв первом аппарате равна 0.5.

Задача №20

В каскаде из двух проточных реакторов полного смешения равного объема идут реакции:

А + YR , r₁= k₁[А][Y];

2 Y  S, r₂ = k₂[Y]²;

Соотношение начальных концентраций [А]₀/[Y]₀ = 40, а соотношение констант скоростей k₂/k₁ = 80.

Найти степень конверсии вещества Yв первом реакторе каскада и селективность целевого продукта R на выходе из второго реактора каскада, если общая степень конверсии веществаYравна 0.5.

Задача №21

В проточном реакторе полного смешения с объемом V_Р= 0.9 м³для системы реакций:

А + Yцелевой продукт, r₁= 8.9 10^-3[А][Y] кмол/(м³сек);

А побочные продукты, r₂= 1.1 10^-3[А]^1,2кмол/(м³сек);

определить соотношение начальных концентраций веществ А и Yдля достижения степени конверсии X_a= 0.79, если [А]₀ = 1 кмол/м³, а скорость подачи 2 10^-3м³/сек.

Задача №22

В проточном реакторе идеального вытеснения объемом V_р= 1.8 м³для системы последовательных реакций:

А RSМ

r₁ = 1.6 10^-3[А] кмол/(м³сек);

r₂ = 2.4 10^-3[R] кмол/(м³сек);

r₃ = 0.8 10^-3[S] кмол/(м³сек)

определить степень превращения вещества А, концентрацию вещества М на выходе из реактора и подачу F_а,0, если на выходе из реактора мольное соотношение [R]/[S] = 0.5.

Задача №23

Для системы последовательно-параллельных реакций:

А RS, r₁= 2.1 10^-4[А]; r₂= 3.5 10^-4[R] кмол/(м³сек);

А D, r₃= 1.8 10^-4[А] кмол/(м³сек),

протекающих в проточном реакторе полного смешения вычислить селективность по продукту R, если степень конверсии вещества А равна 0.5.

Задача №24

В проточном реакторе полного смешения для системы параллельных реакций:

А + YR , r₁ = 6.8 10^-3[А][Y] кмол/(м³сек);

Y  S + D , r₂ = 2.1 10^-3[Y]^1,5 кмол/(м³ сек)

вычислить начальную концентрацию вещества Y, если при степени конверсии вещества А равной 0.87 и начальной концентрации С_А,0 = 0.2 кмол/м³ селективность образования R поYсоставила 0.1963.

Задача №25

В проточном реакторе полного смешения для системы параллельных реакций:

А + YR, r_R = 5.8 10^-3[А]^0.8[Y]^1.2 кмол/(м³сек)

А + YS, r_S = 6.4 10^-3[А]^0.6[Y] кмол/(м³сек)

А + Y D, r_D= 2.9 10^-3[А]^0.7[Y]^0.8кмол/(м3 сек)

и начальных концентраций веществ А и Yравных соответственно 0.4 и 0.8 кмол/м³вычислить селективность по продукту S, если степень конверсии Х_а= 0.85.

Задача №26

В периодическом реакторе идут последовательно-параллельные реакции:

А + YR, r₁ = 0.01[А][Y] кмол/(м³сек);

R + Y  S, r₂ = 0.02[R][Y] кмол/(м³ сек);

S + Y  D, r₃ = 0.03[S][Y] кмол/(м³ сек)

Определить выход по продуктам R, S и D, если степень конверсии вещества А равна 0.75, а концентрация Yсоизмерима с А.

Задача №27

В проточном реакторе идеального вытеснения объемом 2.5 м³идут параллельные реакции:

А R (целевой продукт), r₁ = 6.2 10^-3[А] кмол/(м³сек);

2 АS + D, r₂ = 0.018[А]²кмол/(м³сек)

Вычислить селективность, выход и производительность по продукту R, если степень конверсии вещества А равна 0.91, а начальная концентрация А равна 0.08 кмол/м³.