Таблица 3.2 (окончание)

Реакция

Кинетическая модель riQ

Расчетные уравнения

AR->S

1 , Сдо 1, т = -1п^= -1п-

к Сд к 1-л-д

Сд= Сдо exp(-/cT); Хд = 1 - exp(-kz) Ся=-Сд (е-*.-е-*=)

(к, + к,)С^

к,+к, Сд

-In-

Сд=Сдоехр[-(1 + Л2)т] Хд = 1 - ехр[-(/:, + А:2)т1

Сдо(1-е-<**>)

Ск=т^Сд (1-е

k+kj

нения при проведении в нем необратимых химических реакций, когда реакционный объем остается в процессе реакции постоянным

Реактор идеального смешения периодического действия (РИС-п). Реакторы этого типа состоят из резервуара и смесительного устройства, где компоненты смеси могут хорошо перемешиваться и реагировать между собой в течение определенного периода времени. Очевидно, что протекающий в нем процесс - нестационарный, и уравнение материального баланса имеет вид

1 dN

Vp dt

при?=0 ЛГд=Лг

(3.6)

Если объем реакционной смеси в процессе реакции остается постоянным, тогда уравнение (3.6) преобразовывается к следующему виду:

Щ^ = М/ , при/=0 Сд=Сдо.

При замене условного времени пребывания реагентов т в табл. 3.2 на время / можно использовать эту таблицу и при расчетах реакторов периодического действия.

3.1.2. Примеры расчетов

Пример 3.1-1. Проводится жидкофазная реакция первого порядка А R с константой скорости равной 0,45 мин . Объемный расход реагента составляет 30 л/мин.

Сравнить степень превращения вещества А, достигаемую в реакторе смешения и вытеснения объемом 150 л каждый.

Решение. Степень превращения исходного вещества для реакции первого порядка в реакторе смешения непрерывного действия определяется формулой Хд = кт/(1 + kt) (см. табл. 3.1), а в реакторе вытеснения - Хд = 1 - ехр(-/л:) (см. табл. 3.2).

Рассчитываем время пребывания как отношение объема реактора к объемному расходу реагента. Поскольку объемы реактора смешения и вытеснения равны, время пребывания в обоих реакторах будет одинаковым:

т = Vp/Fo = 150/30 = 5 мин. Определяем степень превращения в реакторе смешения:

ki 0,45-5

Хл =-=-= 0,69 .

l + ki 1 + 0,45-5

Находим степень превращения в реакторе вытеснения: х = 1-ехр (-0,45-5) = 0,89.

Следовательно, при проведении простой реакции в реакторе смешения и в реакторе вытеснения равных объемов степень превращения в реакторе вытеснения больше, чем в реакторе смешения. Реактор вытеснения более предпочтителен.

Пример 3.1-2. Жидкофазный процесс описывается простой реакцией первого порядка А -> R с константой скорости равной 0,12 мин . Концентрация вещества А в исходном потоке равна 3 кмоль/ м^, требуемая степень превращения вещества А - 0,85.

Определить, какое количество вещества А можно переработать за 1 ч в реакторе идеального смешения объемом 0,8 м^.

Решение. Аналогичные задачи целесообразнее всего решать по предлагаемому алгоритму

1. Записывается формула, по которой можно найти ответ на поставленный в задаче вопрос,

-АО О^АО

И выясняется, что известно, а что необходимо найти. В данной задаче Сдо известно, Kg нужно найти.

2. Записывается формула, по которой можно рассчитать Fg (из уравнения (3.3)),

Fg=V /T

и вновь вьюсняется, что известно, а что необходимо найти. По условию задачи Vp известно, т нужно найти.

3. Записывается базовое уравнение для реактора смешения, которое связывает изменение концентрации в реакторе, время пребывания и кинетическое уравнение реакции,

-=1Уд(С,Г)

4. Записывается кинетическое уравнение реакции

И^д(С, 7) = -А:Сд.

5. Записывается значение Сд, выраженное через Сдд и степень превращения: Сд = Сдо(1 - Хд).

После записи алгоритма расчета проводится численное вычисление всех значений, начиная с п. 5 и заканчивая п. 1: Сд = 3(1 - 0,85) = = 0,45 кмоль/м^. Решаем уравнение п. 3 относительно т:

т = =--= 47,22 мин;

/(1-Хд) 0,12(1-0,85)

Kg = Vp/x = 0,8/47,22 = 0,0169 м^/мин = 1,014 м^/ч; Ждд = Kg Сдо = 1,016-3 =3,048 кмоль/ч.

Пример 3.1-3. Жидкофазная обратимая реакция второго порядка 2А4=> R + S имеет константу скорости прямой реакции 2-10~з мЗ/(кмольс) и константу равновесия = 9. Объемный расход вещества А с концентрацией Сдд = 1,5 кмоль/м^ равен 4,8 м^/ч. Требуемая степень превращения вещества А составляет 80% равновесной.