1) химической реакцией;

2) внешней диффузией;

3) внутренней диффузией.

2.4-3. Обжиг ZnS проводится в наклонном вращающемся трубчатом реакторе. Частицы твердого вещества движутся в реакторе со скоростью 10 см/с. Известно, что при данных условиях за 1 мин степень превращения ZnS составляет 70%.

Определить длину реактора, обеспечивающую 95%-ную степень превращения исходного сырья, если обжиг проводится в кинетической области.

2.4-4. Твердые частицы размером 10 мм реагируют по реакции Aj. + = + Sj, в потоке газа за 600 с на 80%. Процесс протекает во внешнедиффузионной области.

Какое должно быть время пребывания вещества для достижения 95%-ной степени превращения по твердому веществу, если фануломе-трический состав твердой смеси следующий: 10% - частицы размером 5 мм, 15% - частицы размером 6 мм и 75% - частицы размером 8 мм?

2.4-5. Гетерогенный процесс описывается реакцией + В^ -> R. + S, в котором твердые частицы размером 6 мм за 10 мин реагируют на 95%. Процесс лимитируется внутренней диффузией.

Определить время для достижения той же степени превращения для частиц размером 10 мм.

2.4-6. Твердые частицы размером 6 мм реагируют по реакции Aj. + В^ = R.j,g + Sj. в потоке газа за 400 с на 90%. Процесс протекает в кинетической области.

Определить среднюю степень превращения твердого вещества за 360 с, если фанулометрический состав смеси следующий: 15% - частицы размером 2 мм, 60% - частицы размером 3 мм, 25% - частицы размером 4 мм.

2.4-7. Гетерогенный процесс описывается реакцией Aj. + В^ -> R. + S.. и лимитируется внешнедиффузионной областью. Твердые частицы размером 10 мм полностью реагируют за 15 мин. За время пребывания твердая часть реагирует на 80%. При переводе процесса в кинетическую область время полного превращения частиц твердого вещества становится равным 12 мин, а при переводе его во внешнедиффузион-ную область - 10 мин.

Определить степень превращения твердого вещества в кинетической и внешнедиффузионной областях за аналогичное время пребывания.

2.4-8. Обжиг ZnS проводится в наклонном вращающемся трубчатом реакторе. Частицы твердого вещества движутся в реакторе со скоростью 10 см/с. Известно, что при данных условиях за 1 мин степень превращения ZnS составляет 70%.

Определить длину реактора, обеспечивающую 95%-ную степень превращения исходного сырья, если обжиг проводится во внещне-диффузионной области.

2.4-9. Обжиг ZnS проводится в наклонном вращающемся трубчатом реакторе. Частицы твердого вещества движутся в реакторе со скоростью 10 см/с. Известно, что при данных условиях за 1 мин степень превращения ZnS составляет 70%.

Определить длину реактора, обеспечивающую 95%-ную степень превращения исходного сырья, если обжиг проводится в внутридиф-фузионной области.

2.4-10. В реакторе с кипящим слоем осуществляется восстановление COj на углероде. В реактор непрерывно подается свежий углерод, так чтобы объем твердого вещества оставался постоянным и равным 0,1 м^. За 10 мин реакции размер частиц уменьщается в 2 раза.

Определить степень превращения по углероду на данный момент времени, время полного превращения углерода и среднюю массовую скорость подачи углерода в реактор, если насыпная плотность углерода 480 кг/мЗ.

2.4-11. Гетерогенный процесс описывается реакцией Aj. + В^ + S, в котором твердые частицы размером 12 мм за 20 мин реагируют на 75% при лимитирующей стадии внутренней диффузии.

На сколько сократится время пребывания в зоне реакции той же степени превращения, если размер частиц уменьшить в 2 раза?

2.4-12. Твердые частицы размером 6 мм реагируют по реакции Aj. + В^ = Rj.jj + Sj. в потоке газа за 400 с на 80%. Процесс протекает во внещнедиффузионной области.

Какое должно быть время пребывания вещества в аналогичных условиях для достижения 90%-ной степени превращения, если фануломет-рический состав твердой смеси следующий: 40% - частицы размером 2 мм, 50% - частицы размером 4 мм и 10% - частицы размером 6 мм?

2.4-13. Гетерогенный процесс описывается реакцией А^, + В^ -> R., в котором твердые частицы размером 6 мм имеют степень превращения 95%. Константа скорости реакции - 0,8 см/с, а коэффициент массоотдачи - 0,3 см/с. Концентрация реагента А в газовом потоке - 0,02 моль/л.

5-3968

Рассчитать скорость превращения газового реагента, отнесенную к единице объема твердой фазы при заданной х..

2.4-14. В реакторе происходит процесс восстановления диоксида углерода на гранулах углерода размером 8 мм. Константа скорости реакции - 0,2 см/с, а коэффициент массоотдачи - 0,03 см/мин. При этом достигается степень превращения углерода равная 0,9.

Определить скорость превращения диоксида углерода, отнесенную к единице объема твердой фазы.

2.4-15. В реакторе осуществляется гетерогенный процесс, описываемый реакцией + B.j,g -> Rj., в котором твердые частицы размером 10 мм имеют степень превращения 90%. Константа скорости реакции -0,6 см/с, коэффициент массоотдачи - 0,4 см/с. В качестве жидкой фазы используется серная кислота 80%-ной концентрации, а в качестве твердой фазы - железо, плотность которого равна 7 г/см. Концентрация Сдо = 0,015 моль/л, Cgo = 0,125 моль/л.

Рассчитать наблюдаемую скорость процесса, отнесенную к единице объема твердой фазы, если время пребывания частиц в зоне реакции равно 20 мин.

2.5. ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 2.5.1. Расчетные формулы

Процесс на поверхности непористого катализатора. Реагент А из потока газа диффундирует через диффузионный пограничный слой, образуемый потоком у поверхности катализатора, и реагирует на этой поверхности подобно процессу сжимающая сфера (см. рис. 2.1). Продукты таким же путем отводятся от поверхности катализатора в поток.

Изотермический процесс в стационарном режиме описывается уравнением материального баланса

р(Сд-Сдо) = Ж(Сд). (2.30)

Наблюдаемая скорость превращения IV, т. е. зависимость скорости превращения от измеряемых, наблюдаемых концентраций в потоке определяется из уравнения (2.30). Для этого необходимо из этого уравнения получить зависимость Сд(Сдо) и подставить в выражение ЩС}.

В случае реакции первого порядка, те. И^(Сд) = -Сд, получаем:

Г АО .

1+А:/Р