7.3 Задачі для самостійного рішення

Задачі 1-5

Визначити продуктивність 1 м³ каталізатору синтезу аміаку при наступних умовах (С_Н i C_K дані в об’ємних частках, %).

Задача 1.

Концентрація аміаку на вході в реактор С_Н=2%; концентрація аміаку на виході із реактора C_K=20%; об’ємна швидкість газу V_об=40000 год^-1

Задача 2. С_Н=3%; C_K=18%; V_об=50000 год^-1

Задача 3. С_Н=2,5%; C_K=21%; V_об=30000 год^-1

Задача 4. С_Н=1,7%; C_K=24%; V_об=25000 год^-1

Задача 5. С_Н=3,2%; C_K=18%; V_об=60000 год^-1.

Задачі 6-10

Визначити об’єм каталізатора в колоні синтезу метанолу і фіктивний час контакту газу з каталізатором по наступним вихідним даним:

Задача 6.

Продуктивність реактора П=100 т/добу, тиск Р=8·10⁷ Па, температура Т=573 К, коефіцієнт стиснення f=2,7, ступінь перетворення Х=20 %, вільний об’єм каталізатору V_в=30 %. Витрати СО+Н₂ на 1 т СН₃ОН, V=3000 нм³/т, W_об=40000 год^-1.

Задача 7.

П=100 т/добу, Р=8·10⁷ Па, Т=573 К, f=2,7, Х=25 %, V_в=30 %, V=3500 нм³/т.

Задача 8.

П=80 т/добу, Р=8·10⁷ Па, Т=573 К, f=2,7, Х=15 %, V_в=30 %, V=2500 нм³/т.

Задача 9.

П=90 т/добу, Р=8·10⁷ Па, Т=573 К, f=2,7, Х=10 %, V_в=30 %, V=4000 нм³/т.

Задача 10.

П=110 т/добу, Р=8·10⁷ Па, Т=573 К, f=2,7, Х=20 %, V_в=30 %, V=5000 нм³/т.

Задачі 11-15

Визначити константи швидкостей реакцій при надлишку водяного пару:

СН₄ + Н₂О ↔ СО + 3Н₂

СО + Н₂О ↔ СО₂ + Н₂

по наступним вихідним даним (С_СН4 дана в об’ємних долях, %).

Задача 11.

Витрати газу V_г=2·10^-2 нм³/год; об’єм каталізатору V_кат=·10^-5 м³; початкова концентрація метану С_СН4=50%; загальна ступінь перетворення по метану Х₁=0,99; ступінь перетворення СН₄ в СО Х₂=0,60.

Задача 12.

V_г=15·10^-3нм³/год;V_кат=2·10^-5 м³; С_СН4=40%; Х₁=0,95; Х₂=0,70.

Задача 13.

V_г=10^-2 нм³/год; V_кат=5·10^-6 м³; С_СН4=20%; Х₁=0,97; Х₂=0,80.

Задача 14.

V_г=25·10^-3 нм³/год; V_кат=10^-5 м³; С_СН4=60%; Х₁=0,97; Х₂=0,90.

Задача 15.

V_г=3·10^-2нм³/год;V_кат=·25·10^-6м³;С_СН4=30%; Х₁=0,98; Х₂=0,85.

Задачі 16-20

Знайти мінімально допустимий розмір часток каталізатора для каталітичного реактора з киплячим шаром по наступним вихідним даним.

Задача 16.

Об’ємна швидкість газу V_об=130 год^-1, коефіцієнт сферичності зерна каталізатору Ф=0,58; густина каталізатору ρ_т=4400 кг/м³; діаметр реактора D=0,152 м; висота реактора Н=0,305 м; гідравлічний опір не повинен перевищувати ΔР=7000 Па; в’язкість газу μ_г=1,8·10^-3 Па·с; густина газу ρ_г=1,2 кг/м³.

Задача 17.

V_об=140 год^-1, Ф=0,58; ρ_т=3200 кг/м³; D=0,154 м; Н=0,310 м; ΔР=7200 Па; μ_г=1,8·10^-3 Па·с; ρ_г=1,1 кг/м³.

Задача 18.

V_об=150 год^-1, Ф=0,58; ρ_т=3400 кг/м³; D=0,156 м; Н=0,320 м; ΔР=7400 Па; μ_г=1,9·10^-3 Па·с; ρ_г=1,3 кг/м³.

Задача 19.

V_об=160 год^-1, Ф=0,58; ρ_т=3800 кг/м³; D=0,158 м; Н=0,340 м; ΔР=7600 Па; μ_г=2·10^-3 Па·с; ρ_г=1,4 кг/м³.

Задача 20.

V_об=170 год^-1, Ф=0,58; ρ_т=4000 кг/м³; D=0,160 м; Н=0,360 м; ΔР=7800 Па; μ_г=2,1·10^-3 Па·с; ρ_г=1,05 кг/м³.

Задачі 21-25

Визначити підвищення температури газу при каталітичному окисленні SO₂, якщо теплота реакції q_p=102500-9,26Т кДж/моль, теплоємність компонентів (кДж/м³·град): С_О2=1,4; С_N2=1,33; С_SО2=2,03 при наступних умовах (концентрація дана в об’ємних частках, %).

Задача 21.

Ступінь перетворення Х=0,05; температура окислення Т=673К; вихідна концентрація SO₂ C_{SO2 вих}=5%.

Задача 22. Х=0,04; Т=683К; C_{SO2 вих}=4,5%.

Задача 23. Х=0,03; Т=693К; C_{SO2 вих}=4,0%.

Задача 24. Х=0,02; Т=703К; C_{SO2 вих}=3,5%.

Задача 25. Х=0,01; Т=713К; C_{SO2 вих}=3,0%.

Задачі 21-25

По даним констант швидкості гетерогенного каталітичного процесу окислення метанолу на оксидному каталізаторі:

К,год-1	0,5·105	1·105	2·105	4·105	4,5·105	5·105	5,5·105	5,8·105	5,9·105	6·105
Т, К	373	473	573	673	773	873	973	1073	1173	1273

побудувати залежність lg K = f(1/T) і визначити в якій області протікає процес в наступному температурному інтервалі:

Задача 26. 373-573 K.

Задача 27. 473-773 K.

Задача 28. 573-873 K.

Задача 29. 673-1073 K.

Задача 30. 773-1173 K.