Расчеты химических реакторов

Пример 12.
Определить объем реакторов смешения (рис. 7), если входящий поток делится поровну, а степень превращения в реакторе вытеснения равна степени превращения в каскаде реакторов смешения. Объемы реакторов смешения равны.
Дано:
реакция А → R;
объемный расход исходного вещества G₀ =100 л/мин;
константа скорости реакции k= 0,0205 с ^-1;
порядок реакции n=1;
объем реактора вытеснения V_p2= 50 л.

G₀₁
V_p1 V_p2
G₀
V_p3
G₀₂
Рис. 7. Cмешанный тип и схема соединения реакторов

Решение.
Определяем степень превращения в реакторе идеального вытеснения:

где
Для каскада реакторов воспользуемся формулой 25 для расчета конечной концентрации в каскаде:
или откуда находим время пребывания в одном реакторе смешения каскада:
а следовательно,

Пример 13.
Рассчитать объемы РИС-Н и РИВ до достижения заданной степени превращения х_А и сравнить их объемы.
Дано:
реакция А+ В = R + S;

концентрация реагента А в потоке, сА, пот - 0,16 моль/л;

Концентрация реагента В в потоке, сВ,­ пот - 0,12 моль/л; Объемный поток реагентов, GV,0 = GV,А + GV,В = 6 м^3/ч; Соотношение потоков GV,А / GV,В = 1:3; Константа скорости, К- 5,0 л/моль  мин; Степень превращения, хA - 0,7.

Реагенты А и В загружаются отдельными потоками, смешиваясь в определенном соотношении перед входом в реактор.
Решение.

1. 
   Расчет РИС – Н
   

Объем реактора рассчитывается по уравнению (6), преобразовав в виде:
,
уравнение скорости реакции
_r,A = к · с _А,0 (1– х_A) · с_B,0 (1– х_B).
Определим с_А,0 и с_B,0:
;
.
Для удобства расчета скорости выразим х_B через х_A:
.
Так как, исходя из стехиометрии, количество А, вступившего в реакцию, равно В, то с_B,0 – с_B = с_А,0 – с_А ,
следовательно,
.
_{Выразим сB,0 через сА,0:}
, откуда с_B,0 = 2,25 · с _А,0 , тогда;
.
Следовательно:
r,_А = 2,25 · к · с_А,0² (1- х_A) (1- 0,44х_А);
r,_А = 2,25 · 5 · 0,04² (1-0,7) (1-0,44·0,7) = 37,4·10^-4 моль/л·мин;
.
2. Расчет РИВ
,
_r,_А = 2,25 · к · с_А,0² (1– х_A) (1– 0,44х_А)
Найдем значение интеграла графическим методом. Для этого построим зависимость от (х_A) . Принимая значения х_A с шагом 0,1, рассчитаем скорость реакции υ_r (уравнение 6) и обратное значение скорости . Результаты расчета сведем в таблицу 3.
Таблица 3. Зависимость скорости реакции от степени превращения

Расчетные величины