lektsii_bav_Tovkusм

ω – скорость реакции.

Для периодического реактора и реактора ИВ для реакций первого порядка имеем:

где с0 – начальная концентрация;

с – текущая концентрация;

x – степень превращения;

k – константа скорости реакции.

Для реакций второго порядка:А+В, при сА0=сВ0

Определение времени пребывания реагентов в периодическом реакторе. (Обратимая реакция второго порядка).

В периодическом реакторе проводят реакцию получения этилацетата:

С2Н5ОН + СН3СООН↔СН3СООС2Н5+Н2О

А

В

D

R

При 100°С константа скорости прямой реакции k1=7,93∙10-6 м3/кмоль∙с, константа равновесия К=2,93. Скорость описывается уравнением:

.

Реагенты загружены в виде водного раствора плотностью 1020 кг/м3, которые имеют состав: в масс.%

этанол (А)	46
уксусная кислота (В)	23

вода (R ) 100-46-23=31

Определить время реакции до достижения степени превращения х, равной 0,6 от равновесной хр.

Решение.

					Концентрации
Компонент		Мм
			Начальная			Конечная
			Кг/кг		Кмоль/м3		Кмоль/м3
С2Н5ОН (А)		46	0,46		cA0= 10,20		cA= cA0-x∙cB0
СН3СООН (В)		60	0,23		cB0=3,91		cB= cB0-x∙cB0
СН3СООС2Н5 (D)		88	0		cD0=0		cD=x∙cB0
Н2О ( R )		18	0,31		cR0=17,75		cR= cR0-x∙cB0
кмоль/м3,
кмоль/м3,
кмоль/м3.

Константу равновесия можно выразить как:

Отсюда находим равновесную концентрацию хр, а затем х, которое равно х=0,6∙хр.

Выражение для скорости по условию имеет вид:

С помощью константы равновесия К=k1/k-1 найдём константу обратной реакции k-1. Тогда выражение для скорости примет вид:

Зная ω(х) и х найдём τ:

Каскад реакторов идеального смешения.

Для реактора идеального смешения:

Чем больше степень превращения, тем меньше кпд реактора. Для того, чтобы этого избежать прибегают к использованию каскада реакторов идеального смешения. Бесконечное количество реакторов в каскаде приближает нас к реактору идеального вытеснения. Обычно в каскаде 3-4 реактора.

Так как объёмы реакторов одинаковы, то общее время пребывания равно:

τ=τ1+τ2+τ3+…+τn

Для реакций первого порядка:

Объём реактора:

τ определяется графическим или аналитическим методом.

1.Геометрический метод. Точность этого метода невелика.

, (с0 и с3 – известны).

2.Аналитический метод.

Для реакций первого порядка:

,; так как реактора одинакового объёма, то τ=τ1=τ2=τ3 – время пребывания в одном реакторе.

,;

,;

,.

Эти уравнения справедливы только для реакторов, которые находятся в одинаковых условиях.

Уравнение Антуана.

Уравнение Антуана связывает температуру и упругость паров чистого вещества.

Когда ниже указанное равенство достигается, жидкость кипит.

где парциальное давление чистого вещества, мм.рт.ст;

хi – мольная доля;

Р – внешнее давление.

где Аi ,Вi, Ci – табличные значения для i-го компонента;

Т – температура, К.

По этому уравнению можно определить температуру начала кипения многокомпонентной смеси.

Пример. Определить температуру начала кипения смеси продуктов хлорирования метана при атмосферном давлении. Коэффициенты уравнения Антуана и мольные доли компонентов представлены в таблице ниже.

№		Компонент		Коэффицие			Мольные
				нты			доли
				уравнения
				Антуана
				А		В	С
1	СН2Сl2		16,3029			2622,44	-41,70	0,010
2	СНСl3		15,9732			2696,79	-46,16	0,893
3	ССl4		15,8742			2808,19	-45,99	0,097

Решаем задачу по уравнению Антуана с помощью оболочки MathCad.

Расчёт куба-испарителя.

Составим уравнение материального баланса для процесса:

F = V + L.

Для каждого i-uj компонента можно записать:

F∙fi = V∙yi + L∙xi.

Состояние равновесия описывается выражением:

yi = ki ∙ xi, где k – константа фазового равновесия.

ki = . Отсюда: .

Пример. В куб-испаритель непрерывно поступает 100 кмоль в час жидкости известного состава. Температура в кубе 110°С, давление атмосферное. Коэффициенты уравнения Антуана представлены в таблице:

№		Компонент		Коэффицие			fi
				нты
				уравнения
				Антуана
				А		В	С
1	Бензол			15,9008		2788,51	-52,36	0,502
2	Этилбензол			16,0195		3279,47	-59,95	0,113
3	Толуол			16,0137		3096,52	-53,67	0,297
4	Изопропилбензол			15,9722		3363,60	-63,37	0,088Р

Решаем задачу в MathCad.

Расчёт прямоточного и противоточного конденсаторов. Прямоточный конденсатор:

Противоточный конденсатор:

В прямоточном конденсаторе газовая фаза и конденсат двигаются в одну сторону. В противоточном – в противоположные.

Прямоточный конденсатор обеспечивает в конденсате максимальное количество летучих компонентов. В противоточном образуется газовая фаза, содержащая максимальное количество легко летучих компонентов.

Расчёт прямоточного конденсатора.

Материальный баланс процесса:

F = W + V.

Для каждого i-го компонента можно записать:

Заменим yi на выражение