- •Введение
- •1. Расчет материального баланса ХТП
- •1.1. Расчет приходной части баланса
- •1.1.1. Расчет состава и расхода потока
- •1.1.2. Газы и их смеси
- •1.1.3.Способы выражения концентрации растворов
- •1.1.4.Степень превращения и выход продуктов
- •1.2. Расчет по уравнению химической реакции
- •1.4. Расчет расходной части баланса
- •1.5. Сводная таблица материального баланса
- •1.6. Примеры решения задач
- •1.6.1. Простейшие упражнения
- •1.6.2.Расчет состава равновесной смеси и степени превращения
- •1.6.3. Расчет материального баланса обратимых реакций
- •1.6.6. Расчет материального баланса при одновременном протекании нескольких реакций
- •2. РАСЧЕТ теплового баланса хТП
- •2.1. Основные расчетные соотношения
- •2.2. Примеры решения задач
- •3. Расчет химических реакторов
- •3.1. Основные расчетные соотношения
- •3.2. Примеры решения задач
- •4. Расчеты на персональных компьютерах
- •4.2. Расчет равновесной степени превращения ХА*
- •2. При решении системы уравнений следует ввести начальные условия по искомым компонентам, команду <Given> и получить результаты командой <Find>, введя искомые величины в круглых скобках через запятую.
- •4.3.1. Программа расчета реактора средствами Mathcad
- •Литература
- •Приложения
- •Приложение 1. Термодинамические свойства веществ
- •Приложение 2. Средняя мольная теплоемкость веществ
- •Приложение 3. Соотношения размерностей физических величин
- •Контрольные вопросы
- •Раздел 1
- •Раздел 2
- •Раздел 3
- •Раздел 4
- •Раздел 5
- •Раздел 6
- •Задачи
- •Задание 1
- •Задание 2
- •Задание 3
- •Задание 4
- •Задание 5
- •Задание 6
- •Задание 7
- •Задание 8
- •Задание 9
- •Задание 10
- •Задание 11
- •Задание 12
- •Задание 13
- •Задание 14
98
|
Всего |
1 |
Всего |
1 |
Всего |
|
1 |
|
Всего |
1 |
Всего |
|
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пара- |
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|||
метр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
22 |
|
23 |
|
|
|
24 |
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B,% |
12 |
|
13 |
|
14 |
|
|
|
16 |
|
|
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
30000 кмоль/ч |
2000 м3/ч |
300 м3/ч |
|
|
12500 кг/ч |
30000 кг/ч |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
В-во |
gi |
В-во |
ni |
В-во |
ni |
|
В-во |
|
ni |
В-во |
|
gi |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CO |
0,3 |
CH4 |
0,4 |
CO |
0,2 |
|
CO |
|
0,3 |
C |
|
0,3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H4 |
0,3 |
C2H4 |
0,3 |
CH4 |
0,1 |
|
H2 |
|
0,5 |
CO |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H6 |
0,1 |
Н2 |
0,2 |
H2 |
0,1 |
|
C2H6 |
|
0,05 |
N2 |
|
0,1 |
||
|
N2 |
0,1 |
N2 |
0,1 |
N2 |
0,5 |
|
О2 |
|
0,05 |
O2 |
|
0,4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CO2 |
0,2 |
H2O |
0,0 |
CO2 |
0,1 |
|
СO2 |
|
0,1 |
H2O |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всего |
1 |
Всего |
1 |
Всего |
1 |
|
Всего |
|
1 |
Всего |
|
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пара- |
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
метр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
|
27 |
|
28 |
|
|
|
29 |
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B,% |
10 |
|
9 |
|
8 |
|
|
|
7 |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
W |
42000 кг/ч |
125000 кг/ч |
7000 м3/ч |
|
110000 кмоль/ч |
4000 м3/ч |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
S |
В-во |
ni |
В-во |
ni |
В-во |
|
gi |
|
В-во |
ni |
В-во |
|
gi |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
CO |
0,3 |
CH4 |
0,4 |
C2H6 |
|
0,2 |
|
CO |
0,3 |
CH4 |
|
0,3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
C2H4 |
0,5 |
C2H4 |
0,3 |
CH4 |
|
0,1 |
|
H2 |
0,5 |
CO |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
C2H6 |
0,1 |
C2H6 |
0,2 |
H2 |
|
0,1 |
|
C2H6 |
0,05 |
H2 |
|
0,1 |
||
|
Н2О |
0,1 |
N2 |
0,1 |
N2 |
|
0,5 |
|
N2 |
0,05 |
O2 |
|
0,4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
CO2 |
0,0 |
H2O |
0,0 |
CO2 |
|
0,1 |
|
H2O |
0,1 |
H2O |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Всего |
1 |
Всего |
1 |
Всего |
|
1 |
|
Всего |
1 |
Всего |
|
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 10
Рассчитать тепловой баланс процессов, указанных в задании 5, при различных условиях теплообмена.
Адиабатический режим:
УГХТУ, кафедра общей химической технологии
99
•определить температуру на выходе из реактора при температуре входного потока Твх;
Изотермический режим:
•определить поверхность трубчатого теплообменника при коэффициенте
теплопередачи kт.п.; температуре теплоносителя Т0; температуре изотермического процесса Твх;
Политермический режим:
•определить поверхность теплообмена при коэффициенте теплопередачи
kт.п.; температуре входного потока Твх, температуре теплоносителя Т0; температуре выходного потока Твых.
•определить температуру на выходе из реактора при коэффициенте теплопередачи kт.п.; температуре теплоносителя T0; поверхности теплообмена F.
№ |
вар- |
Адиабати- |
Изотермический |
|
|
Политермический |
|
|||
та |
за- |
ческий |
|
|
|
|
|
|
|
|
дания 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Твх, 0С |
Твх, |
kт.п., |
Т0,0С |
Твх, |
kт.п., |
Т0,0С |
Твых, |
F,м2 |
||
|
|
|
0С |
кДж/м2г |
|
0С |
кДж/ |
|
0С |
|
|
|
|
|
рад ч |
|
|
м2гра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
800 |
800 |
0,08 |
10 |
800 |
0,08 |
10 |
950 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
450 |
450 |
0,07 |
12 |
450 |
0,07 |
12 |
? |
520 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
420 |
420 |
0,05 |
14 |
420 |
0,05 |
14 |
450 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
400 |
400 |
0,09 |
16 |
400 |
0,09 |
16 |
? |
430 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
300 |
300 |
0,10 |
18 |
300 |
0,10 |
18 |
340 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
420 |
420 |
0,03 |
20 |
420 |
0,03 |
20 |
? |
450 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
800 |
800 |
0,07 |
22 |
800 |
0,07 |
22 |
900 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
900 |
900 |
0,08 |
24 |
900 |
0,08 |
24 |
? |
950 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
200 |
200 |
0,07 |
22 |
200 |
0,07 |
22 |
250 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
950 |
950 |
0,05 |
20 |
950 |
0,05 |
20 |
? |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
200 |
200 |
0,09 |
18 |
200 |
0,09 |
18 |
250 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
450 |
450 |
0,10 |
16 |
450 |
0,10 |
16 |
? |
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
|
420 |
420 |
0,03 |
14 |
420 |
0,03 |
14 |
450 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
800 |
800 |
0,07 |
12 |
800 |
0,07 |
12 |
? |
850 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УГХТУ, кафедра общей химической технологии
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
250 |
250 |
0,02 |
10 |
250 |
0,02 |
10 |
270 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
400 |
400 |
0,03 |
14 |
400 |
0,03 |
14 |
? |
430 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
850 |
850 |
0,09 |
16 |
850 |
0,09 |
16 |
900 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
950 |
950 |
0,08 |
18 |
950 |
0,08 |
18 |
? |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
150 |
150 |
0,07 |
20 |
150 |
0,07 |
20 |
200 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
800 |
800 |
0,06 |
22 |
800 |
0,06 |
22 |
? |
900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
250 |
250 |
0,05 |
24 |
250 |
0,05 |
24 |
260 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
450 |
450 |
0,09 |
22 |
450 |
0,09 |
22 |
? |
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
440 |
440 |
0,10 |
20 |
440 |
0,10 |
20 |
480 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
850 |
850 |
0,03 |
18 |
850 |
0,03 |
18 |
? |
870 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
400 |
400 |
0,07 |
16 |
400 |
0,07 |
16 |
500 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
420 |
420 |
0,08 |
14 |
420 |
0,08 |
14 |
? |
440 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
850 |
850 |
0,07 |
12 |
850 |
0,07 |
12 |
860 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
900 |
900 |
0,05 |
10 |
900 |
0,05 |
10 |
? |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
500 |
500 |
0,09 |
13 |
500 |
0,09 |
13 |
600 |
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
800 |
800 |
0,10 |
15 |
800 |
0,10 |
15 |
? |
870 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 11
Найти объем двухступенчатого каскада реакторов идеального смешения (К-РИС), необходимый для достижения в первой ступени степени превращения ХА,1 и во второй ХА,2, если в К-РИС для реакции А → R с константой скорости k. Объемный расход потока на входе W0 при начальной концентрации компонента А СА,0.
Параметр |
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ХА,1 |
0,55 |
0,54 |
0,56 |
0,60 |
0,62 |
0,64 |
0,40 |
0,42 |
0,44 |
0,46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ХА,2 |
0,85 |
0,78 |
0,81 |
0,86 |
0,88 |
0,98 |
0,99 |
0,95 |
0,93 |
0,87 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k,мин-1 |
0,45 |
0,34 |
0,24 |
0,44 |
0,51 |
0,52 |
0,55 |
0,58 |
0,60 |
0,70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W0,л/мин |
32 |
33 |
35 |
53 |
39 |
77 |
67 |
82 |
36 |
49 |
СА,0,моль/л |
1 |
2 |
3 |
5 |
8 |
4 |
9 |
6 |
9 |
5 |
Параметр |
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УГХТУ, кафедра общей химической технологии
101
ХА,1 |
0,25 |
0,34 |
0,26 |
0,10 |
0,42 |
0,24 |
0,30 |
0,22 |
0,44 |
0,26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ХА,2 |
0,95 |
0,98 |
0,91 |
0,96 |
0,88 |
0,78 |
0,98 |
0,97 |
0,97 |
0,89 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k,мин-1 |
0,35 |
0,44 |
0,14 |
0,24 |
0,21 |
0,22 |
0,25 |
0,28 |
0,20 |
0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W0,л/мин |
132 |
133 |
135 |
153 |
139 |
177 |
167 |
182 |
136 |
149 |
СА,0,моль/л |
10 |
20 |
30 |
50 |
80 |
40 |
90 |
60 |
90 |
50 |
Параметр |
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ХА,1 |
0,25 |
0,24 |
0,26 |
0,20 |
0,22 |
0,24 |
0,21 |
0,22 |
0,24 |
0,26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ХА,2 |
0,95 |
0,98 |
0,91 |
0,96 |
0,98 |
0,88 |
0,99 |
0,95 |
0,93 |
0,97 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k,мин-1 |
0,65 |
0,64 |
0,64 |
0,64 |
0,61 |
0,62 |
0,75 |
0,78 |
0,70 |
0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W0,л/мин |
302 |
330 |
305 |
503 |
309 |
707 |
607 |
802 |
306 |
409 |
СА,0,моль/л |
31 |
32 |
33 |
35 |
38 |
34 |
39 |
36 |
39 |
35 |
Задание 12
Найти объем реактора идеального смешения непрерывного действия (РИС-Н) и реактора идеального вытеснения (РИВ), необходимый для достижения степени превращения ХА для реакции А → R с константой скорости k. Объемный расход потока на входе W0 при начальной концентрации компонента А СА,0.
Параметр |
|
|
|
|
РИС-Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ХА |
0,85 |
0,78 |
0,81 |
0,86 |
0,88 |
0,98 |
0,99 |
0,95 |
0,93 |
0,87 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k,мин-1 |
0,45 |
0,34 |
0,24 |
0,44 |
0,51 |
0,52 |
0,55 |
0,58 |
0,60 |
0,70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W0,л/мин |
32 |
33 |
35 |
53 |
39 |
77 |
67 |
82 |
36 |
49 |
СА,0,моль/л |
1 |
2 |
3 |
5 |
8 |
4 |
9 |
6 |
9 |
5 |
Параметр |
|
|
|
|
РИВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ХА |
0,95 |
0,98 |
0,91 |
0,96 |
0,88 |
0,78 |
0,98 |
0,97 |
0,97 |
0,89 |
УГХТУ, кафедра общей химической технологии