Приложение а

Задача

А) Рассчитать РИВ, РИС-Н и К-РИС для производства Q - т/ч оцтовометилового эфіру:

k₁

CH₃OH + CH₃COOH CH₃COOС₃+ H₂O

A В k₂ R S

В реактор загружают смесь в % масс а- спирта; в- кислоты и s- воды плотность реакційої суміши ρ – кг/м³ в процессе реакции плотность реакційої суміши не изменяется. Реакция течет в жидкой фазе и имеет кинетическое уравнение:

ω= k₁(C_A· C_B - C_R·C_S/ K_С)

Процесс ведут к степени преобразования кислоты Х_В.

Реакторы каскада соединены последовательно. Объем единичного реактору каскада составляет 1/n от объема РІЗ-Н знайденго по пункту (в).

Выход ефіра Ф - посля виделення с реакционной суміши.

Таблица Д1 Вариант А

Наіменування	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Q т/ч	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9
A % масс	60	55	65	70	55	60	65	45	60	55	50	60	65	45
B % масс	20	20	20	20	25	25	25	20	25	20	40	25	20	35
R % масс	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
S % масс	20	25	15	10	20	15	10	35	15	25	10	15	15	20
ρ кг/м^3	900	900	900	900	950	950	950	900	900	900	950	900	900	950
к1	5.0* 10^-5	5.5* 10^-5	6.0* 10^-5	6.5* 10^-5	7.0* 10^-5	7.5* 10^-5	8.0* 10^-5	8.5* 10^-5	9.0* 10^-6	9.5* 10^-5	9.0* 10^-6	8.5* 10^-6	8.0* 10^-5	7.5* 10^-5
кр	10	9	8	7	6	5	4	12	11	10	9	8	7	6
Х	0.45	0.50	0.55	0.60	0.65	0.50	0.55	0.45	0.50	0.55	0.60	0.65	0.45	0.50
Ф	0.90	0.95	0.80	0.90	0.90	0.80	0.85	0.90	0.95	0.90	0.85	0.80	0.85	0.90
N	10	9	8	9	9	10	10	10	9	9	9	8	10	10

В) Рассчитать РОВ, БЫ и К-РЕЗЕЙ для виробницва Q - т/ч

оцтовоетилового эфіру:

k₁

CH₃ СН₂OH + CH₃COOH CH₃ СН₂COOС₃+ H₂O

A В k ₂R S

В реактор загружают смесь в % масс а- спирта; в- кислоты и s- воды плотность реакційої суміши ρ – кг/м³ в процессе реакции плотность реакційої суміши не изменяется. Реакция течет в жидкой фазе и имеет кинетическое уравнение:

ω= k₁(C_A· C_B - C_R·C_S/ K_Р).

Процесс ведут к степени преобразования кислоты Х_В.

Реакторы каскада соединены последовательно. Объем единичного реактору каскада составляет 1/n от объема РІЗ-Н найденного по пункта (в).

Выход эфира Ф - посля виделення с реакционной суміши.

Таблица Д2 Вариант В

Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Q т/ч	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9
A % масс	60	55	65	70	55	60	65	45	60	55	50	60	65	45
B % масс	20	20	20	20	25	25	25	20	25	20	40	25	20	35
R % масс	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
S % масс	20	25	15	10	20	15	10	35	15	25	10	15	15	20
ρ кг/м^3	900	900	900	900	950	950	950	900	900	900	950	900	900	950
к1	5.0* 10^-5	5.5* 10^-5	6.0* 10^-5	6.5* 10^-5	7.0* 10^-5	7.5* 10^-5	8.0* 10^-5	8.5* 10^-5	9.0* 10^-6	9.5* 10^-5	9.0* 10^-6	8.5* 10^-6	8.0* 10^-5	7.5* 10^-5
кр	10	9	8	7	6	5	4	12	11	10	9	8	7	6
Х	0.45	0.50	0.55	0.60	0.65	0.50	0.55	0.45	0.50	0.55	0.60	0.65	0.45	0.50
Ф	0.90	0.95	0.80	0.90	0.90	0.80	0.85	0.90	0.95	0.90	0.85	0.80	0.85	0.90
N	10	9	8	9	9	10	10	10	9	9	9	8	10	10

Пример.

Определите объемы реакторов:

а) БЫ; б) К- РЕЗЕЙ и в)РОВ при проведении простой оборотной реакции:

2А R+S

и сравните эти объемы при одинаковой степени преобразования.

Условия:

Начальная концентрация исходного вещества С_А,0 24 кмоль/м³

Ее объемный розхід V_C2,83 м³· год^-1;

Константа скорости прямой реакции К_1-0,625 м³кмоль^-1ч^-1;

Константа равноваги К_С- 16;

Необходимая степень преобразования 80% вот равновесной (Х_А= 0.8 Х_А^* )

Решение :

а) Объем единичного БЫ

V_r= V_Cτ = V_C C_{A,0 ;}(а)

Величина Х_А^*может быть определена из уравнение константы равноваги:

(б)

где С_R^*=C=_A,0 XC

С_R^*,C_S^*,C_A^*- равноважні концентрации компонентов.

Уравнение (б) может быть предоставлено в виде:

откуда

Ведь Х_А= 0,8 Х_А^*=0,8·0,89 =0,71

Находим скорость реакции при Х_А= 0.71

Подставляем полученное значение швидкісті реакции в рівняня (а) знаходим:

б) Определение объема каскада реакторов смешения (К-РЕЗЕЙ).

Реакторы каскада соединены последовательно, объемы всех ступеній равные. Объем единичного реактору каскада составляет 1/10 от объема РІЗ-Н найденного по пункта (а).

Решение:

По условию задачи объем каждой степени каскада

V_ст= 1/10 РІЗ-Н=0.173м³

Объем каскада реакторов будет ровнять:

V_каск.=m ·V_cт= 0,173 м³

где m - число реакторов в каскаде которое надо найти.

Расчет числа реакторов каскада проводим графическим методом, для чего необходимо, пользуясь кинетическим уравнением, выстроить кривую :

-ω_А=f(С_А).

С этой целью рассчитываем -ω_А для произвольных значений С_А(табл. Д3)

Таблица Д3

СА,кмоль· м^3	24	21	18	15	12	9	6,96^*
-ωА,кмоль· м^3,время^-1	360	275	202	140	89	48,5	27,8

* конечная концентрация исходного реагента

С_А,К= 24(1-0,71) =6,96.

и в координатах -ω_А-С_А строим кривую 1.

Для каждой степени каскада справедливо уравнение:

Рис. Д1 Графический метод расчета числа ректоров в каскаде реакторов идеального смешения.

(Это уравнение легко получить из уравнение материального баланса для m-го реактора каскада). Уравнение (в) - уравнение прямой линії с тангенсом угла похилу:

Точки сечения кривой (1) и прямых (2) для каждого реактору каскада отвечают концентрации реагента А і скорости реакции в этом реакторе. Так как время пребывания реагентов во всех реакторах каскада одинаковый, угол наклона всех прямых не изменяется. Это разрешает провести прямые (2) параллельно друг к другу к досяження заданной конечной концентрации

С_А.К= С_А.0( 1-ХА_,К) = 24· 0.29=6.96 кмоль г^-3

Таким образом, графічески отримуєм, что необходимое число реакторов в каскаде с объемом 0.173 м³ ровно четирьом.

Ведь:

V_каск.= 4· 0. 173 = 0.698 м³

в) Определение объема реактору идеального витеснення (РОВ)

Объем РОВ можно найти по уравнению:

После превращения и подстановки числовых значенень уравнение (2) приобретает вид:

Интеграл I, который вход у уравнение - это табличный интеграл значения которого визначаєтсья по формуле:

когда b²>4ac

Так как в рассмотренном примере b²=(-1,25) ²=1.5625

4ac=4?0.625?0,615=1,5375

это указанная формула пригодная для расчета интеграла.

Расчет по уравнению (2) с использованием формулы дает:

V_РІВ=0.43м³

Таким образом потрбні слідуючі объемы реакторов

V_РІЗ-Б –1.73м³

К-РЕЗЕЙ- 0.69м³

РОВ – 0.48м³