4.3 Математическое описание кинетики процесса

Скорость реакции можно выразить следующим образом:

(4.2)

Характеристическое уравнение реактора вытеснения имеет вид:

(4.3)

Показать, что с учетом изменения объема уравнение (4.3) может быть преобразовано к виду:

(4.4)

где k – константа скорости реакции;

Р – давление, атм.;

Т – температура, К;

x_no – степень превращения NO;

R – газовая постоянная идеального газа, R=0,08205 л атм. град^-1 моль^-1 ;

B_NO – мольный расход реагента NО, моль/с;

– начальные концентрации компонентов, моль/л;

– коэффициент, учитывающий изменение объема газа.

Значение коэффициента определяется по формуле

. (4.5)

Связь между объемным и мольным расходом реагентов:

. (4.6)

Формула (4.4) позволяет определять объем реактора при различ­ных условиях проведения процесса: температуре и давлении.

4.4 Задание

4.4.1 Считая, что охлаждение реактора является эффективным и в нем поддерживается постоянная температура, вычислить по программе № 6 (Приложение А) объем изотермического реактора вытеснения при различных степе­нях превращения (0,1<х<х_зад).

Исходные данные:

Т=293 К; Р = 1 атм.; k = 1,4^.10⁴ л^2.моль^-2.с^-1 (при температуре 20 °С); = -0,45.

Определить начальные концентрации компонентов и заданную степень превращения, если известно, что расход газа на входе в реак­тор равен v₀ (при температуре 0 °С и давлении 1 атм.). Значение v₀ взять из таблицы 4.1 согласно номеру варианта.

Таблица 4.1 – Варианты заданий

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9
v0 10-4, м3/ч	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4

4.4.2 Рассчитать объем реактора при заданной степени превращения, пренебрегая изменением объема реакционной смеси. Сопоставить объемы, дать объяснение.

4.4.3 Считая газовую смесь идеальной, определить объем реактора при проведении процесса под давлением 5 атм. Дать объяснение.

4.4.4 Рассчитать объем реактора при температуре 60 °С, если константа скорости при этой температуре равна 1,109 ^. 10⁴ л² моль^-2.^.с^-1.

4.4.5 Рассчитать объем реактора, работающего в адиабатическом режиме для достижения той же глубины превращения. Температура на входе в реактор Т=273 К. Для выполнения расчета внести изменения в программу. Конечная температура в любом сечении реактора с учетом изменения теплоемкости по степени превращения описывается сле­дующим уравнением:

(4.7)

Зависимость константы скорости от температуры:

(4.8)

Сделать выводы о влиянии температурного режима в реакторе на его объем.