Т 4 РеЦ'

*-А,рец

Рис. 4.12. Схема реакционного узла с фракционным рециклом с реактором вытеснения

Концентрация вещества А на выходе из реактора Сд = 0,48 кмоль/м^, что соответствует степени превращения в реакторе 0,4. Объем реактора вытеснения равен 120 л. Концентрация вещества А на входе в ХТС Сд = 1,2 кмоль/м^. Константа скорости реакции А: = 0,03 с~.

Определить производительность ХТС по продукту R, объем возвращаемого рецикла.

Решение. Потоки ХТС - I, 2, 3, 4, 5. Уравнение материального баланса для ХТС в целом

Составим уравнения материального баланса по веществу А для смесителя См, реактора идеального вытеснения (РИВ) и делителя Д:

ПСд1 + ПСд4=К2Сд2;

2 Сд2 З^ДЗ г^Ю. Д' зСаЗ=4Сд4=2Са2(1-а)-

Материальный баланс по веществу R для РИВ и Д

2 Са2Д = Д 3Cr3/Vr = Уд K5CR5/vr.

Составим уравнения материального баланса по потокам для См, РИВиД:

Уз=Уа+У5-

В записанных девяти уравнениях имеем девять неизвестных: К Fj, F4, К5, Сд2, Сдз, Сд4, Cr3 и Cr5.

Базовое расчетное уравнение процесса с реакцией первого порядка

Д

В реакторе вытеснения имеет вид

1 , 1

т = -г ш -

где т = Vpjg/Pj- Учитывая последнее, можно решить систему балансовых уравнений и определить все неизвестные:

т = -In-i- = 17 с; 0,03 1-0,4

Vj = Урив/т = 120/17 = 7,06 л/с;

Са2 = Сдз/(1 - Хд) = 0,48/(1 - 0,4) = 0,80 кмоль/м^;

К4СД4 = КзСдз = К2Сд2(1 - Хд) = 7,06-0,8 (1 - 0,4) = 3,389 моль/с;

К^Сд, = VC - К4Сд4 = 7,06-0,8 - 3,389 = 2,259 моль/с;

К, = 2,259/1,2 = 1,8825 л/с;

F4 - F2 - Fi = 7,06 - 1,8825 = 5,1775 л/с;

r= 5Cr5= УзСю=У2 Сд2ХдУк = 7,060,8.0,4-2 = = 4,518 моль/с.

Пример 4.2-2. Реакция типа А -> 2 R протекает без изменения объема и проводится в установке (см. рис. 4.12), состоящей из смесителя См, реактора вытеснения и делительного устройства Д в котором продукт R полностью отделяется, а непрореагировавшее вещество А возвращается в реактор. Константа скорости реакции равна 0,025 с . Концентрация вещества А на выходе из реактора составляет 0,36 моль/л, что соответствует степени превращения в реакторе 0,4. Объем реактора равен 150 л. Концентрация вещества А в исходном потоке составляет 0,8 кмоль/м^.

Определить объем рецикла, концентрацию вещества А в рецикле и производительность по продукту R.

Решение. Определяем концентрацию вещества А на входе в реактор:

Сд =-£ = = 0,6. 1-Хд 1-0,4

Рассчитываем время пребывания в реакторе:

x = lln-i-= In-i- = 20,4 с. к 1-хд 0,023 1-0,4

Находим объемный расход на входе в реактор:

Ко = Vp/x = 150/20,4 = 7,35 л/с = 26,42 w>/4.

Составляем уравнения материального баланса по веществу А для смесителя: КдСдо = К„ Сд + VC и делителя: Fp, Cp, = VC. Используя эти два уравнения, находим исходный объемный поток на входе в систему:

о(Сло-Сд) 26,42.(0,6-0,36)3

Определяем объемный расход рецикла:

рец = 0 - Ксх = 26,42 - 7,93 = 18,49 и^ч. Рассчитываем концентрацию вещества А в рецикле:

\/оСд 26,42-0,36 ,3

С„ = А =-:- = 0,51 кмоль/м.

1/р, 18,49

рец

Находим производительность по продукту R:

= Aa, cxVr/Va = а, схСа, cxVr/Va = 7,93-0,8-2/1 = 12,68 моль/ч.

Пример 4.2-3. Процесс описывается реакцией типа 2А R и проводится в установке, состоящей из смесителя См, реактора идеального смещения, делительного устройства Д (рис. 4.13). Производительность по продукту А составляет 24,3 кмоль/ч, объемный расход исходной смеси - 10,2 м^/ч. Концентрация вещества А на выходе из реактора равна 0,92, а в рецикле - 2,38 кмоль/м^. Объем реактора равен 300 л.

Определить объем рецикла и рассчитать константу скорости реакции.

Решение. Определяем концентрацию вещества А на входе в установку:

1/ п исх' -А.исх

\ рец' А,рец

Д

Рис. 4.13. Схема реакционного узла с фракционным рециклом с реактором смешения