- •Бийский технологический институт (филиал) г.В. Багров, г.И. Севодина, о.Ю. Кравцова общая химическая технология
- •Содержание
- •Введение
- •Цель работы
- •Краткие теоретические сведения
- •Математическое описание процесса
- •Алгоритм решения
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2. Исследование процесса восстановления двуокиси углерода углем
- •2.1 Цель работы
- •2.2 Краткие теоретические сведения
- •2.3 Описание кинетики процесса
- •2.4 Задание
- •2.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3. Сравнение эффективности работы изотермических реакторов
- •3.1 Цель работы
- •3.2 Краткие теоретические сведения
- •3.3 Математическое описание изотермических реакторов
- •3.4 Задание
- •3.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4. Исследование влияния условий проведения газофазной реакции на объем реактора
- •4.1 Цель работы
- •4.2 Краткие теоретические сведения
- •4.3 Математическое описание кинетики процесса
- •4.4 Задание
- •4.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5. Расчет неизотермических реакторов
- •5.1 Цель работы
- •5.2 Краткие теоретические сведения
- •5.3 Задание
- •5.4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6. Реакторы с неидеальной структурой потока
- •6.1 Цель работы
- •6.2 Краткие теоретические сведения
- •6.3 Задание
- •6.4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7. Обогащение минерального сырья. Флотация
- •7.1 Цель работы
- •7.2 Краткие теоретические сведения
- •7.3 Описание лабораторной установки
- •7.4 Методика проведения работы
- •7.5 Обработка данных
- •7.6 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8. Жесткость воды и еЕ определение. Методы снижения жесткости воды
- •8.1 Цель работы
- •8.2 Краткие теоретические сведения
- •8.3 Описание лабораторной установки
- •8.4 Определение жесткости воды
- •8.5 Обработка данных
- •8.6 Контрольные вопросы
- •Литература
- •А2 Программа № 2
- •А3 Программа № 3
- •А4 Программа № 4
- •А5 Программа № 5
- •А6 Программа № 6
- •А7 Программа № 7
- •А8 Программа № 8
- •А9 Программа № 9
4.5 Контрольные вопросы
1. От каких факторов зависит скорость реакции окисления оксида азота? При каких условиях скорость реакции увеличивается?
2. Назовите основные стадии производства азотной кислоты.
3. Какие методы очистки хвостовых газов от оксидов азота применяются в промышленном производстве азотной кислоты?
Лабораторная работа № 5. Расчет неизотермических реакторов
5.1 Цель работы
5.1.1 Изучение тепловых режимов химических реакторов.
5.1.2 Моделирование политропического реактора идеального вытеснения.
5.1.3 Исследование влияния тепловой нагрузки на степень превращения при обеспечении температуры реакции в заданном диапазоне.
5.2 Краткие теоретические сведения
Химические реакции, как правило, сопровождаются выделением или поглощением тепла, что приводит к изменению температуры реакционной массы. От температуры зависят состояние химического равновесия и предельно достижимая степень превращения реагентов, скорость реакции, селективность и ряд других факторов. Для регулирования процесса в нужном направлении необходимо обеспечить тот или иной температурный режим.
Химические реакторы по способу организации температурного режима делятся на следующие типы:
• изотермические (температура реакции постоянна);
• адиабатические (отсутствие теплообмена с окружающей средой);
• политропические (частичный подвод или отвод тепла).
Для контроля над ходом реакции нужно регулировать температуру в пределах заданного диапазона. Этого можно достичь осуществлением соответствующего теплообмена. В промышленных аппаратах не всегда целесообразно поддерживать действительно изотермические условия. Процесс можно вести в промежуточном режиме (политропический процесс), организуя теплообмен с внешним источником тепла через поверхность теплообмена. Одним из способов управления температурой является изменение скорости теплопередачи путем регулирования расхода теплоносителя или изменения температуры конденсации его паров.
Учет тепловых явлений осуществляется при составлении теплового баланса химического реактора. При расчете неизотермического реактора необходимо совместно решать систему уравнений материального и теплового балансов, из которых первое учитывает изменение количества вещества, а второе – изменение количества теплоты при протекании химического процесса.
Рассмотрим необратимую реакцию первого порядка А S, проводимую в реакторе идеального вытеснения с тепловым эффектом Н. В реакционной смеси содержится инертное вещество с концентрацией CR. Чтобы избежать образования побочных продуктов, для регулирования температуры в рубашку кожухотрубного реактора подают противотоком воду. Составим уравнения математического описания этого процесса.
Уравнения материального баланса для РИВ в стационарных условиях имеют вид:
(5.1)
Уравнения теплового баланса для реакционного потока и теплоносителя:
(5.2)
Зависимость константы скорости реакции от температуры описывается уравнением
(5.3)
Теплоемкость смеси можно определить по правилу аддитивности:
СР = СРАСА +CPSCS +CPRCR. (5.4)
В уравнения (5.1)–(5.4) входят величины:
СА, Cs – концентрации исходного вещества и продукта соответственно, моль/м3;
CR – концентрация инертного компонента, моль/м3;
СРА , СРS , CPR – теплоемкости компонентов, Дж/(кг·К);
СР – теплоемкость реакционной смеси, Дж/(кг·К);
Т, ТT – температуры соответственно реакционного потока и теплоносителя, К;
k – константа скорости реакции, м3/(моль·с);
k0 – предэкспоненциальный множитель;
Е – энергия активации, Дж/моль;
R – газовая постоянная, Дж/(кмоль ·К) ;
FT – поверхность теплообмена, м2;
КT – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К);
VR – объем реактора, м3;
– среднее время пребывания в реакторе, с;
vT – массовый расход теплоносителя, кг/с;
СRT – теплоемкость теплоносителя, Дж/кг·К.
Система уравнений (5.1)–(5.4) полностью описывает процесс химического превращения в реакторе идеального вытеснения и может быть решена любым численным методом относительно требуемых величин.