Егорова. Моделирование химико-технологических процессов 2005

88.

Реакция А + В 1 поА;1 по В, k ) С проВОДИТСЯ В двух реакторах идеального смешения соединенных последовательно. Объемы

peaктopoB:Vt=0,2M3 ;V2=0,6M3.	C~O;VI =п1	~
Концентрации:	,	I
с ,АО = 0,2465 ; с ВО = 0,36	СBO;V2

Подача исходных веществ осуществляется раздельно:

vt=0,8л/с; v2=0,4л/с. Константа скоростиk=О,041л.моль·l .с·l . Определить производительность системы по продую)'.

	89.	А+ В	1 по А. 1по В, к 1	R
	в реакторе идеального смешения
			--------~~~)
	проходит реакция. Константы	R+B	1 110 R,1 по В к3	) S
	скорости реакции равны
	(м3.моль,'.с·I): k =3,8.1 0'3; ~=4,2.10'3; S + в		1 поS,l по ВКз	) D
	1

kз=6,4.10'3. Найти выход по продую)' S (считая на реагент А),

если степень превращения вещества А составляет 0,8.

90.

Химическая реакция проходит в реакторе идеального смешения

объемом 2м3. Начальная концентрация вещества А (реагента) 1,0; скорость подачи смеси 5.10·2 м3/с; скорость реакции

моль.м·3.с·l .

Определить концентрацию исходного вещества на выходе из

реактора и рассчитать производительность установки по

продукту, зная, что один моль исходного вещества дает два моля

продукта.

91.

Реакция, где R - целевой продукт, проходит	А __1	по А, k 1 ~ R
в реакторе идеального смешения с рециклом.	1	по R; k2
Константы скорости стадий: k1=5,l.lO·3C·l,	R <	>S
~=3,2.10·Зс·l, kз=I,7.l0·3с·1 • Объем реактора	1 по S; kз

0,8м\ отношение объемной скорости рецикла к скорости

подачи 0,17. Начальные концентрации исходного вещества и

продуктов: c~o = 1,65;c~)o = 0,12;c~o :::; О. Скорость подачи

42

http://www.mitht.ru/e-library

v~ == 2.10-3 м3!с. Определить производительность системы

по целевому продукту и его концентрацию.

92.

Вывести формулу для расчета степени превращения в реакции

А 1/2поА,k >В ' проходящей в аппарате идеального

вытеснения. Определить степень превращения при следующих

условиях: cAo=1,5,	k=0,5молыl2л'11/мин'1,' У=2м3, v=lм3/мин.
93.
Реактор идеального вытеснения		А	1	по А, Кl ) В
представляет собой трубу диаметром			,	по А, К2
10О мм. В реакторе протекает реакция.		А		>зс

На вход реактора подается вещество А с концентрацией cAo=IO, расход v=12мЗ!ч. Определить, на каком расстоянии от

входа в реактор концентрация вещества А упадет до 5, если

константы скорости равны: kl=Iмин·1 , k2=21\-fИн·1 .

94.

Реакция, обе стадии первого порядка по А,			А	Кl	>R
проводится В реакторе идеального вытесне-			2А	К2	>S+D
ния объемом 2,5м	3	при начальной концен-

rrpации вещ ecrвaA О,ОВ,до степени превращ ениЯ ХА = 0,91,

k =6,2.10·3C· I, k		=0,9.l0·2с·I .Определить селективность и выход
1	2	.
по продукту R.
95М.
Для	реакции	А, ~A2~Аз, первого порядка по

исходному веществу в каждой стадии, рассчитать зависимость

выхода и селективности по продукту А2 от объема аппарата

идеального вытеснения, если расход потока через аппарат у(м3!

мин), константы скорости k[ и k2 (мин-l), для соответствующей

стадии.

Аналитическое решение уравнений математического описания

этого реактора относительно концентраций А1 и А2 выглядит следующим образом:

http://www.mitht.ru/e-library

С1 =СО1 ехр(-k,V / v)

С2 =СО1 k 2 k-k, (exp(-k,V/v))

96.

Реакция проходит в реакторе идеального вытеснения объемом

У=2м3 • Начальная концентрация вещества 0,808, скорость

подачи	v=5.1 О'2м3/с,	скорость	реакции
r = - 5,1 .10	- 3 с ~,28 l\юль.м·3.с·l •

Определить концентрацию исходного вещества на выходе из реактора и рассчитать производительность (количество вещества в единицу времени) по продукту, если известно, что 1 моль исходного вещества дает 2 моля продукта.

97.

Реакция A--k~>B, первого порядка, протекает в

последов<tтельно соединенных реакторах идеального смешения

и вытеснения. Определить степень превращения вещества А

для двух случаев соединения аппаратов:

а) ----1	~ Условия в обо~х с~чаях
	одинаковые. САО-1 О,
б) ~	у=у	8Ь"	=2м3
	см		'
	f -- v=6м3/мин, k=3мин·1 •
98.	k )В, первого порядка, k=8,0610-3c-', объем
Дана реакция А

реактора 3,5л. Определить необходимую концентрацию

вещества А на входе в реактор, если нужно обеспечить

производительность по веществу В 3,4моль/мин с концентрацией этого вещества на выходе 2. Задачу решить для

режима идеального смешения и идеального вытеснения.

99.

Реакция 2А lпоА,k >зв протекает в двух последовательно

соединенных реакторах идеального смешения, объемами 1,5 и

н

http://www.mitht.ru/e-library

0,5м3 •

Определить степень превращения вещества А в этой системе,

если начальная концентрация А равна 1О. Расход жидкости через

аппараты 5м3/мин. Константа скорости реакции 5мин·'.

Решить эту же задачу, если второй реактор - идеального

вытеснения.

100.

Исследована реакция, в которой	А+В	1 поЛ,шоВ,к, )С
С - целевой продукт, D - вредный	2А	2 поА'К2 ) D
отброс, снижающий качество продукта.

В каком из идеальных аппаратов следует проводить э1)' реакцию,

если k2«k, и Сло=Сво=0,5.Изменятся ли рекомендации, если

CAo=O,J, CBo=JO?

101.

Реакция A-~B протекает в последовательно соединенных

аппаратах идеального смешения. Найти степень превращения вещества А в этой системе аппаратов при следующих условиях:

к=0,005с·'. расход v=40л/с. Объемы аппаратов равны между

собой, общий объем составляет 4,8м3, число аппаратов равно

шести. Определить объемы аппаратов идеального смешения и идеального вытеснения, обеспечивающих такую же степень

превращения.

102.

В реакторе проходит реакция 2А lпоЛ,k) В, к=0,02с·'. Объем

аппарата 2,2л, начальная концентрация вещества А 1О, конечная

2,3. Определить производительность (количество вещества в

единицу времени) аппарата по веществу В в случае режима

идеального смешения и идеального вытеснения.

103.

в аппарате идеального смешения протекает реакция

Определить объем аппарата, обеспечивающий 2А lпоЛ,k )зв

производительность (количество вещества в единицу времени) по веществу В, равную 300 к~юль/час, если расход

45

http://www.mitht.ru/e-library

жидкости через аппарат 2 м3/мин, необходимая степень

п~евращения 72%, k=O,2c' l .

Решить эту задачу для аппарата идеального вытеснения.

104.

В аппарате идеального смешения объемом 2,3м3 протекает

реакция 2A~B, первого порядка, k=0,02, расход v=20л/с.

Определить конечную концентрацию веществ А и В, если на

вход подается только вещество А с концентрацией 1О. Решить

эту же задачу для аппарата идеального вытеснения.

105М.		k
Реакция А	1	) А	2	, первого порядка по A , протекает в
				1

изотериическом реакторе. Объемная скорость потокам. Известны значения предэкспоненты уравнения Аррениуса kQ, энергии активации Е , а также температура в реакторе Т.

Рассчитать зависимость степени превращения реакции от

объема аппарата (шаг по объему flV) для реактора идеального смешения и вытеснения.Построить на графике полученную зависимость и проанализировать результаты. Варианты у

преподавателя.

106.

В реакторе протекает реакция		2А k)В , первого порядка,
константа скорости	1	расход м=20л/с. Концентрация
	O,02c· ,

вещества А на входе в аппарат 12, на выходе 5,5. Определить

объем аппарата для режима идеального смешения и идеального

вытеснения.

107.

Определить производительность (количество вещества в

единицу времени) системы по продукту для обратимой реакции

~)	если константы скорости стадий к1=О,5мин·1;
А <	В К2=кз=6,5.1010М"".I; Сдо=2; v=100л/мин; V=250л.

kz

46

http://www.mitht.ru/e-library

108М.
Для реакции А)	k) А2 ' первого порядка по исходному

веществу в каждой стадии, рассчитать зависимость выхода

продукта А2 от объема аппарата идеального смешения и

идеального вытеснения, если расход через аппарат v(м3/мин),

константы скорости реакции kl' k/мин·1 ).

Аналитическое решение уравнений математического описания

для аппарата идеального вытеснения:

Рекомендуется вести расчет до объема VМАХ С шагом Изобразить графически и проанализировать результат.

Варианты у преподавателя.

109.	I 110 А,] по В. к I
в аПIlарате, который может быть	А + В ----'-.--'--'~) С
описан ячеечной моделью с двумя	2А 2 по А. К2 ) D

ячейками, проходит реакция. к1=О,6мин·1 ; к2=О,2мин·1 ; Сло=2; v=100л/мин; V=250л.

Рассчитать концентрации на выходе из аппарата, определить

степень превращения, выход и селективность по целевому

продуктов В.

110.

Дана реакция: А lпоА,k )В, k=2мин·1; V=IООл; v=50л/мин.

Найти число ячеек ячеечной модели, которое обеспечило бы

степень превращения 90%. Определить объемы аппаратов

идеального смешения и идеального вытеснения, которые

обеСIIСЧИЛИ бы такую же степень превращения.

111М.

k k

Для реакции A~B~ , первого порядка по исходному

веществу в каждой стадии, рассчитать значения селективности,

Выхода и степени превращения, приняв в качестве модели

http://www.mitht.ru/e-library

гидродинамики ячеечную модель.Известны следующие

величины: исходная концентрация реагента САО; объемный

расход v(л/мин), объем аппарата V(л), константы скорости

стадий k, и ~ (с").

Расчет провести для числа ячеек Пр n2, П3, П4• Результаты представить на графике в виде зависимости рассчитанных

характеристик от числа ячеек. Объяснить полученные значения.

Варианты у преподавателя.

112.

Реакция A~kв, первого порядка, протекает в последовательно

соединенных равновеликих аппаратах идеального смешения.

Найти степень превращения вещества А при условиях: к=О,О1с·

'; v=40л/с; общий объем всех аппаратов 4,5м\ если число ступеней равно 2, 4 и 6.

113.

в аппарате, который может быть описан ячеечной моделью с

двумя ячейками, проходит реакция.				1 по A;k l
С	АО	=2; v=lООл/мин;	А	<	~B
				<Е-,\:-'-IO-=-В-':-k-
V=250л; kl=0,5мин·1 ; к2=кэ=0,25мин".				.	,

Рассчитать концентрации на выходе из аппарата, а также

значения степени превращения, выхода и селективности, считая

целевым продуктом вещество В.

114.

Необратимая жидкофазная реакция первого порядка протекает

в аппарате периодического действия. Продукты реакции в

исходном растворе отсутствуют. За время t ,=120c в целевой

продукт превращается 20% исходного вещества. Определить степень превращения при t2=3БОс в проточном реакторе

идеального вытеснения и в проточном реакторе идеального

смешения.

48

http://www.mitht.ru/e-library

115М.

Рею<Uия (В - целевой продукт) протекает	А	1 по А,к!	) В
в реакторе идеального смешения периоди-
ческого действия:Определить значение	А	1 поА'К2	) С
температуры (с точностью 2К) в интервале	2А	1 поА,кз
400 _ 500К, при котором селективность			) D

достигает своего максимального значения. Построить зависимость селективности от температуры. Известны параметры уравнения Аррениуса:

	'-С-т-а-д-ия----			,--.	1	_!___П---т...--_-'-:=---Нг:=J
	kО, Л.моль	-1	. мин	;1 - - 251-;:;g-0		8,0.1012		6 3	1~0j
					, .			, .
	Е, Дж/моль				80000] 20000			63000 J
116М.
Реакция (В - целевой продукт) протекает							2А	2 поА,кl	)В
р, реакторе периодического действия_
Определить значение температуры (с точ­							2А
ностью 2К) в интервале 400-500К,								2поА,кз D
при которой селективность достигает							2А---'-"-~)

своего максимального значения. Построить зависимость селективности от температуры. Заданы значения параметров уравнения Аррениуса:

г-.:с

1

II

III

Стадия

k

-1

. мин

-1

5,6.10

Iu

4,0.1014

8,0.10~_

'0, л.моль

Е, Дж/моль

91000

132000

65000

117М.

1 поА,Кt

Реакция протекает в реакторе периодического А-----'--'-~)В

~~~:::я~т~~р;~~:и:~::р:::и~о~е-~~~~ту:рь~ A--~~~)С

1

по А, К2

которой селективность достигает своего

1 поА,кз

A---'--"--~

>2D

максимального значения. Построить зави-

А- I

поА, К4 )2Е

Симость селективности от температуры.

Заданы значения параметров уравнения Аррениуса:

http://www.mitht.ru/e-library

	С'ЩЩIЯ	1	П	Ш	N
	~ JLЮlЬ-1_ МИf{1	1,8.101"	6,3.16'	3,0.IOIJ	1,0.101.5
	E,ДIiМ)J1b	92(х()	4(00	l00Х)	lоз(хх)

118.

в лаборатории имеется три аппарата (1, П, III) одинакового

объема (8м3). Для всех аппаратов получена зависимость

концентрации СИ от времени t для импульсного ввода индикатора на вход (во всех случаях подается один импульс, все пики в аппаратах II и Ш одинаковы):

С			III
и
.4	1""		VI:~

					t ,мин
					..
					"..
О	4	6		10	12
В аппарате нужно провести реакцию				А	k) В , первого

порядка, к=О,l мин·1 ; расход У=1 м3/мин. Определить степень

превращения реакции в каждом из этих аппаратов.

119М.

Реактор характеризуется следующей функцией распределения в

нем вещества:

t,МИН О Си,г/л О

10	20	30	40	50	60	70	80
40	45	38	20	1О	5	2	О

Поток через аппарат v=0,4м3/мин. Определить объем аппарата.

http://www.mitht.ru/e-library

120.

Вреакторе, описанном в задаче 119М, протекает реакция

А~ Az ,первого порядка, с константой скорости

k=O, 1мин·). Рассчитать степень превращения вещества А.

121М.

Для приведенной ниже системы аппаратов рассчитать концентрацию индикатора на выходе системы через 1о, 20 и 30

минут после ввода индикатора на вход, при условии:

V1=Vz=Vз=1,2м3 ; v=2,ол/с.на вход было введено импульсом 4кг

индикатора. г±i

~~=======~

РИВ, у,

J

122М.

Необратимая экзотермическая реакция А lпоА,k >Впроходит

В реакторе идеального смешения в адиабатическом режиме. Известны значения следующих величин: : теплового эффекта

реакции Q(Дж/моль), параметров уравнения Аррениуса, объемного расхода v(мЗ!с), теплоемкости веществ СзА(Дж/моль/

К), сзв(дж/молы/,' коэффициент теплопередачи Кг(Вт/м2/К),

объема реактора у, начальной концентрации реагента САО•

Считать, что тепловой эффект реакции и теплоемкость смеси

не зависят от температуры.

123М.

Необратимая экзотермическая реакция,4 IпO"l.k. ~В проходит

в реакторе, который описывается ячеечной моделью (число ячеек

п) при адиабатических условиях. Известны значения следующих

величин: теплового эффекта реакции Q(Джlмоль), параметров

уравнения Аррениуса, объемного расхода у(м3/с), теплоемкости веществ сзд(Дж/моль/К), С,в(ДЖ/МОJ\Ь/К), коэффициент теплопередачи KтCBT/M2/K), объема реактора у, начальной

концентрации реагента сдо. Считать, что тепловой эффект

http://www.mitht.ru/e-library