2.4.3. Задачи

2.4-1. Горение жидкого топлива протекает во внешнедиф- фузионной области. Топливо впрыскивается в камеру сгорания, обра­зуя капли диаметром 0,1 мм, летящие со скоростью 1,5 м/с. Известно, что капля топлива диаметром 0,3 мм полностью сгорает в потоке такой же скорости за 2 с.

Какова длина участка пламени, в котором полностью сгорает топ­ливо?

2.4-2. Гранулированный колчедан подается в печь обжига с движу­щимся слоем колчедана. Фракционный состав колчедана следующий: 10% массовых долей частиц с ~ 3 мм; 20% массовых долей частиц с = 4 мм; 70% массовых долей частиц с /?₀ = 6 мм. Среднее время пре­бывания частиц в зоне реакции равно 6 мин. Время полного сгорания частиц равно соответственно 3,5 мин, 5 и 8 мин.

Определить среднюю степень превращения колчедана, если про­цесс лимитируется:

1. химической реакцией;

2. внешней диффузией;

3. внутренней диффузией.

2.4-3. Обжиг £пБ 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 А_г + В_т = Я_гв + 5_Г 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 грануломе­трический 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 А_г + В_тв + $_тв, 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 А_г + В_т = К^ + 5_Г в потоке газа за 400 с на 90%. Процесс протекает в кинетической области.

Определить среднюю степень превращения твердого вещества за 360 с, если гранулометрический 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 А₁ + В_7П К_г + $_та 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 вещестпа 8 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 составляет 70%.

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

2.4-9. Обжиг 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 2п5 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 С0₂ на углероде. В реактор непрерывно подается свежий углерод, гак чтобы объем твердого вещества оставался постоянным и равным 0,1 м³. За 10 мин реакции размер частиц уменьшается 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/м³.

2.4-11. Гетерогенный процесс описывается реакцией А_г + В_Т]? —> И_г + $_тв, 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 А_г + В_т = + Б_г в потоке газа за 400 с на 80%. 11роцесс протекает во внешнедиффузионной области.

Какое должно быть время пребывания вещества в аншюгичных усло­виях дня достижения 90%-ной степени превращения, если грануломет­рический 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_г + В_тп Е^, 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 |

I

I

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

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 А_ж + В_тв -> R_r, 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/см³. Концентра­ция С_А0 = 0,015 моль/л, С_во = 0,125 моль/л.

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

Ш 2.5. ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ