4.1.1. Расчетные формулы

Каскад реакторов идеального смешения (РИС-к). Каскад ре­акторов - ряд т проточных реакторов, соединенных последовательно и работающих в режиме идеального смешения. Состав реакционной смеси будет изменяться по мере перехода от одного реактора к друго­му, причем в каждом реакторе параметры процесса не будут меняться во времени и будут постоянными по всему реакционному объему. Тех­нологические параметры реакционной смеси (концентрация, темпе­ратура, давление и др.) на выходе одного реактора равны соответствен­но параметрам на входе последующего реактора. Каскад реакторов можно рассчитать аналитическим и графическим методами.

Аналитический метод возможен только в случае, когда протекает необратимая реакция первого или второго порядка.

Предположим, что в каскаде реакторов протекает изотермическая реакция первого порядка при постоянной массовой плотности. Тогда концентрация реагента А на выходе из первого реактора

С - Єдо

^А1 І + Ат/

Концентрация на выходе из второго реактора

С - - ^АО

^А2 " 1 + *т₂ " (1 + *Т,)(1 + *Т₂)'

Таким образом, для концентрации на выходе из последнего реакто­ра каскада С_А будем иметь следующее рекуррентное выражение:

_ ^СА(т-\) _ Сдо " 1 + ~ ^т ■ ^(4л)

По^т)

<=1

Когда реакционные объемы равны, уравнение принимает следую­щий вид:

С^ = С_А0/(\ + кт/т)^т. . (4.2)

Здесь величина т определяется по полному объему всех т реакто­ров.

Если в каскаде реакторов одинакового объема протекает изотерми­ческая реакция второго порядка, то воспользовавшись теми же соот­ношениями. что и для реакции первого порядка, можно получить еле дую шее рекуррентное соотношение

:I

I — т

(4.3)

г_т =1( т.

2кх

т

-1 + ^-1...+ 2^-1 + 2^/1 + 4/а_мС_А0 I

,Уравнения (4.1)—(4.3) позволяют определить объем каскада реакто­ров или их число, если известны остальные параметры процесса.

В основе графического метода лежит графическое решение уравне ния

:т.-

т.-

(4.4)

ЩСЛI

|И/(С_А)| = ((С_А)

л • • • •

Рис. 4.1. Зависимое!ь скорости превращения И^ от концентрации С_А в каскаде реакторов идеального смешения, ща = —1/т

получаемого из описания процесса в проточном реакторе идеального смешения (см. п. 3.1.1), где И^_А(С) — кинетическое уравнение скоро­сти превращения вещества.

Зависимость Ид(ф - возрастающая функция, а правая часть урав­нения (4.4) дает линейную зависимость с тангенсом угла наклона сх, = = -1/т,- (рис. 4.1). Пересечение этих зависимостей дает значение кон­центрации на выходе из реактора. Задавая С_Л0, определяют С_Д1. За­тем, задаваясь полученным значением С_А находят концентрацию С_{А 2} в следующем реакторе. Расчет повторяется столько раз, сколько реакторов в каскаде.

4.1.2. Примеры расчета

Пример 4.1-1. Процесс описывается реакцией типа А —> 2К и осуществляется в установке из трех реакторов смешения (рис. 4.2).

Объемы реакторов у_р1 = 0,2 м³, V ₂ = 0,2 м\ у_р3 = 0,6 м³. Константа скорости реакции равна 0,02 с^-1. Ооьемный расход состаапяет 18 м³/ч, концентрация исходного вещества А - 2,6 кмоль/м³. Время пребыва­ния в обеих ветвях установки одинаковое.

Определить производительность установки по продукту Я. Решение. Производительность установки по продукту К складыва­ется из производительностсй верхней и нижней ветвей:

По условию задачи т_в = + т₂ или у₁/У₀₁ + v₂/K₀₁ - 2v_l/V_()]> но т_в - т_н и можно записать

2У, v₂ 2у, У₂ 2-200 600

.= или ~ или у ⁼ _у _ у-.

^у0\ 02 ^К01 ^у0 ^у0\ 4)1 ^К0 ^К01

Решая это уравнение относительно У^,, получаем: У₀₁ = 2 л/с,

у₀₂ = 3 л/с.

Определяем: т, = т₂ = 200/2 = 100 с; т_н = 600/3 = 200 с. Находим концентрацию вещества А и степень превращения на вы­ходе из верхней и нижней ветвей установки:

Рис. 4.2. К примеру 4.1-1, задачам 4.1-27,4.1-39, 4.1-40

Сд,₂ =

^А0	2,6
(1+А-т)2	(14 0,02 100)
	2,6-0,288
Оо	2,6
	2,6
Сдо С Л 2	1+0,02-200 2,6-0,52

^сл,- = .- ..-> ⁼ -■ - - = 0.288 кмоль/м³;

^ЛА.1

^ЛА,2 "

С_А0 2,6

Определяем производительность по продукту К: ^ ^{= 2} ^01 ^А,] ^{+ 2 =}

= 2-7,2-2,6 0,89 + 2-10,8-2,6 0,8 = 78,25 кмоль/ч.Пример 4.1-2. Процесс описывается реакцией типа А —» К с константой скорости равной 0,25 с '.Он проводится в установке (рис. 4.3), состо­ящей из двух реакторов: V, = 0,08 м³ и у_р2 = 0,05 м³. Объемный расход составляет 720 л/мин. Концентрация 'вещества А в потоке равна 3 моль/л. Исходный поток по реакторам разделяется поровну.

Определить объемные расходы, подаваемые в каждый реактор и производительность по продукту И.

Решение. По условию задачи = К_0? = 720/2 = 360 л/мин = 6 л/с. Определяем время пребывания в реакторе смешения и реакторе вы­теснения: т₁ = 80/6 = 13,3 с; = 50/6 = 8,33 с.

Находим степени превращения вещества А в реакторах:

кг, 0,25-13,33 х, = — 0,76;

¹ Н 1 + 0,25• 13,33

Рис. 4.3. К примерам 4.1-2, 4.1-3, задачам 4.1-18, 4.1-19, 4.1-23, 4.1-30, 4.1-41

х₂ = 1 - ехр(-Ат₂) = 1 - ехр(—0,25-8,33) = 0,875.

Рассчитываем производительность установки по продукту⁷ К: - (6-3-0,76 + 6-3-0,875)- = 105,94 кмоль/ч.

Пример 4.1-3. Процесс, описываемый реакцией первого порядка типа А —> 2И с константой скорости к = 2,05-10~² с^-1, проводится в системе реакторов (см. рис. 4.3). Объемный расход исходной смеси равен 100 л/мин, объем реактора вытеснения - 50 л. Объемы реакторов сме­шения и вытеснения равны. Концентрация вещества А в исходном по­токе составляет 2,6 моль/л.

Определить распределение объемного потока по реакторам и про­изводительность установки по продукту И. при условии, что степени превращения в реакторах равны.

Решение. Приравниваем уравнения для расчета степеней превраще­ния в реакторе смешения и реакторе вытеснения

:1 + *т,

= 1 -ехр(-/гс₂).

Выражаем т_} и т₂ через объемы соответствующих реакторов и объ­емные расходы, поступающие в них, и получаем:

к)1 _ i „ / л ^урив

^урис

= 1-ехр(-* )

1 + к

^РИС У₀-У

_т4)1

или

0,0205—

\ - I - схр|* -0,025 ⁵⁰

1+0,025^ V 1.66-У₀₁

4)1

где У₀ = 1,66 - общий расход реакционной смеси, л/с.

Получили нелинейное уравнение, как функцию К_0], которое мож­но решить только графически. Зависимости левой а и правой 6 частей уравнения от У^ приведены на рис. 4.4

.0,57 І

'01

45,3

Рис. 4.4. К примеру 4.1-3

В точке пересечения получаем значения У_0[ и степени превращения вещества л_А в реакторах: л:_Л = 0,57; У_0] - 45,3 л/мин; У₀₂ = У₀ - У₀₁ = = 54,7 л/мин.

Рассчитываем производительность установки по продукту К

:60 1000

Л'к -(2 ^C_A0.v_A+2V₀₂C_A0*_A)

60

= (2 • 45,3 • 2,6 • 0,57 + 2 • 54,7 • 2,6 • 0,57) —— = 17,78 кмоль/ч.

1000

Пример 4.1-4. Процесс, описываемый реакцией первого порядка типа А —> R с константой скорости к = 2,5-10~² с^-1, проводится в системе реакторов (рис. 4.5). Объемный расход исходной смеси равен 100 л/мин, объем реактора вытеснения 50 л. Объемы реакторов сме­щения равны. Каков должен быть их объем, если входящий поток де­лится поровну, а степень превращения в реакторе вытеснения равна степени превращения в каскаде реакторов смешения?

Решение. Определяем степень превращения в реакторе идеального вытеснения:

^л>ив ^{= 1} - ехр(-Лт) = 1 - ехр(-0,025-60) = 0,78,

где т = v_pHB/ У_{0 vm} = 50/50 = 1 мин = 60 с.

Для каскада реакторов воспользуемся формулой (4.2) для расчета конечной концентрации в каскаде:

It

02

'рЗ

Рис. 4.5. К примеру 4.1-4, задачам 4.1-16, 4.1-17, 4.1-20, 4.1-24

120

Глина 4

с₀

или 1 - Л =

(I + кг)⁷ '

С = ⁰

^к (1 + *т)

²откуда находим время пребывания в одном реакторе смешения каск&та

-1

\_

_х .ТЕ

Л"

Л

РИС

^{но Х}РИС ^{= у}ри<У%.рио следовательно

,1

-I

Г.

= 37,74 л.

^урис ~ рис

А-

_ 50 і Уі-0,78 ~ 60 ! 0,025

I4.Ї.З. Задачи

4.1-1. В каскаде из трех реакторов идеального смешения, соединенных последовательно (рис. 4.6), проводится жидкофазный процесс, описываемый простой необратимой реакцией первого по­рядка А —> 2Я с константой скорости к = 0,4 мин^-1. Время пребывания реакционной смеси в каждом реакторе равно 5 мин.

Определить степень превращения исходного вещества на выходе из каскада.

4.1-2. Жидкофазный процесс описывается простой необратимой ре­акцией первого порядка с константой скорости к ~ 0,6 мин^-1. Объем­ный расход реагирующего вещества с концентрацией С_А0 = 2,4 моль/л равен 4 м³/ч.

Сколько реакторов смешения объемом 0.2 м³ (см. рис. 4.6) надо соеди­нить последовательно, чтобы добиться степени превращения равной 0,95?

4.1-3. В каскаде из трех реакторов смешения (см. рис. 4.6) проводится жидкофазный процесс, описываемый реакцией

А —» II —> Б

с константами скоростей реакций к_х — 0,4 мин^-1, к₂ = 0,3 мин

Рис. 4.6. К задачам 4.1-1, 4.1-3, 4.1-4,4.1-15

Время пребывания в реакторах соответственно: т_] = 5 мин. т₂ = 7 мин, т₃ = 10 мин.

Определить концентрации всех веществ на выходе из каждого реак­тора и каскада в целом. Продукты реакции в исходном потоке отсутст­вуют, а концентрация реагента А равна 1,8 моль/л.

4.1-4. При условиях задачи 4.1-3 рассчитать концентрацию веществ в каждом реакторе (см. рис. 4.6), если т, = 10 мин, т₂ = 7 мин, т₃ = 5 мин.

4.1-5. В жидкофазном процессе протекает реакция А —» К первого по­рядка с константой скорости к = 0,5 мин^-1. Концентрация вещества Сд₀ = 2,4 моль/л. Требуемая степень превращения вещества А состав­ляет 80%.

Определить допустимый расход вещества А в 1 ч для одного, двух и трех реакторов, соединенных последовательно, если объем единично­го реактора равен 0,3 м³,

4.1-6. В проточном реакторе идеального смешения проводится жидко- фазная реакция первого порядка с константой скорости к — 0,25 мин ¹ и достигается степень превращения равная 0,6.

Определить степень превращения, если вместо одного реактора взять три последовательно работающих реактора идеального смеше­ния при том же реакционном объеме.

4.1-7. Жидкофазный процесс описывается простой обратимой реакцией второго порядка А+В-К + $с константами скоростей к_} ~ 0,12 мУ(кмоль-с) и к₂ = 0,05 м³/(кмоль-с). Потоки веществ А и В подаются в реактор раздельно с равными объемными скоростями и концентрациями С_л0 = С_во = 1,4 моль/л. Процесс проводится в реак­торе идеального смешения объемом 0.1 м \ Требуемая степень превра­щения вещества А равна 0,75х_раин.

Определить объемные потоки веществ А и В. Рассчитать необходи­мое количество реакторов объемом 0,02 м³, соединенных последова­тельно, дчя проведения данного процесса.

4.1-8. Сравнить объемы единичного реактора идеального смешения ^урис каскада, состоящего из п реакторов идеального смешения объе­мом 0,1\'_РИС каждый и реактора идеального вытеснения у,,_ив при про­ведении жидкофазного процесса, описываемого реакцией 2Л —> К с константой скорости реакции равной 0,6 м-У(кмоль-мин). Степень превращения вещества А составляет 0,8, объемный расход вещества А с концентрацией 24 кмоль/м³ — 2,8 м³/ч.

4.1-9. Жидкофазный процесс, описываемый обратимой реакцией второго порядка А + В = Я + 8 с константами скорости прямой к_{ = 22 л/(моль-ч) и обратной к__[ — 2 л/(моль-ч) реакций, проводится в РИС-н объемом 0,5 м\ Потоки веществ А и В подаются в реактор раз­дельно с равными концентрациями: С_Лисх - Сц_жх- После взаимного разбавления потоков концентрация С_Л() = 1,6 кмоль/м³, а соотноше­ние концентраций С_А0 : С_во - 1 : 1,5. Процесс проводится до

Определить объемные потоки исходных веществ и производитель­ность по продукту И.

4.1-10. Жидкофазный процесс, описываемый простой реакцией второго порядка А + В -> 2Я с константой скорости реакции 2 л/(моль мин), осуществляется в каскаде реакторов смешения. Объ­емные потоки реагирующих веществ А и В У_А0 = У_т = 5 л/мин. Кон­центрации веществ в потоках одинаковы и равны 1,4 моль/л. Степень превращения вещества А после первого реактора равна 0,25. Требуемая степень превращения должна быть 0,75.

Определить объем реактора и количество реакторов в каскаде.

4.1-11. Жидкофазный процесс, описываемый обратимой реакцией второго порядка 2А <=> К + $ с константой скорости прямой реакции

= 0,9 м³/(кмоль-ч) и константой равновесия К = 16, необходимо осуществить до степени превращения, равной 85%> равновесной. Объ­емный расход вещества А при концентрации С_л0 = 40 кмоль/м³ со­ставляет 3,6 м³/ч.

Определить объем РИС-н и число реакторов в каскаде при усло­вии, что объем реактора в каскаде составляет 10% объема РИС-н.

4.1-12. Определить количество вещества А, перерабатываемого за 1 ч в РИС-н, РИВ и каскаде из трех одинаковых по объему реакторов иде­ального смешения (см. рис. 4.6) при условии, что во всех случаях объ­ем реакционной зоны равен 2,1 м\ Концентрация вещества А в исход­ном потоке составляет 3 кмоль/м³, требуемая степень превращения ве­щества А - 0,8, константа скорости реакции - 0,12 мин"¹.

4.1-13. Процесс описывается реакцией типа А -»2К и осуществляется в установке из трех реакторов смешения (см. рис. 4.2). Объемы реакто­ров у_р1 = у 2 — 0,2 м³, у_р3 = 0,5 м³. Константа скорости реакции равна 0,02 с^-1. Объемный расход вещества А составляет 180 м³/ч. Концентра­ция исходного всщестпа А равна 2,6 кмоль/м³. Входной поток вещества А делится поровну.

Определить производительность установки по продукту Я.

4.1-14. Процесс описывается реакцией типа А —> 2R и осуществляется в установке из трех реакторов смешения (см. рис. 4.2). Объемы реакто­ров Vpj - v_p2 = 0,2 м\ v_p3 = 0,5 м³. Константа скорости реакции равна 0,02 с"¹. Объемный расход вещества А составляет 180 м³/ч. Концент­рация исходного вещества А равна 2,6 кмоль/м³. Степени превраще­ния в обеих ветвях установки одинаковые.

Определить производительность установки по продукту R.

4.1-15. Жидкофазный процесс описывается реакцией первого порядка типа А —> 2R с константой скорости к = 8,3-10~³ с' ¹. Концентрация ис­ходного вещества составляет 0,36 моль/л. Расход реакционной смеси равен 0,13 м³/мин. Процесс ироводится в установке из трех реакторов смешения, соединенных последовательно (см. рис. 4.6) объемом 0,3 м³.

Определить производительность установки по продукту R.

4.1-16. Процесс, описываемый реакцией типа А -» R с константой скорости к = 0,027 с^-1, проводится в установке (см. рис. 4.5), состоя­щей из трех реакторов. Объем реактора вытеснения v_p5 = 0,05 м³. Объ­емы реакторов смешения v_p] — v_p2. Объемный расход вещества А со- ставляет 100 л/мин с концентрацией 2,8 моль/л.

Определить объемы реакторов v_pI и v_p2, если входящий поток де­лится поровну.

4.1-17. При условиях задачи 4.1 -16 определить объемы реакторов сме­шения v_p, и v_p?, если степени превращения в обеих ветвях одинаковы.

4.1-18. Процесс описывается реакцией типа А -» R с константой ско­рости к = 0,02 с" К Он проводится в установке (см. рис. 4.3),состоящей из двух реакторов объемом v_pl = 0,075 м³ и v_p2 ~ 0,05 м³. Объемный расход всшесгва А составляет 240 л/мин с концентрацией 1,8 моль/л.

Определить объемные расходы, подаваемые в каждый реактор и со­ответствующие максимальной производительности по продукту R.

4.1-19. Процесс описывается реакцией типа А ~> R с константой ско­рости к = 0,025 с^-3. Он проводится в установке (см. рис. 4.3). состоя- шей из двух реакторов: реактора вытеснения объемом v_p? = 0,05 м³ и реактора смешения объемом v_pJ = 0,08 м³. Расход вещества А состав­ляет 576 моль/мин. Концентрация вещества А в потоке равна 0,8 моль/л. Исходный поток по реакторам разделяется поровну. Определить производительность установки по продукту R.

4.!-20. Процесс, описываемый реакцией первого порядка типа А К с константой скорости к = 2-10 ² с проводится в системе реакторов (см. рис. 4.5).

Объемный расход исходной смеси равен 120 л/мин, объем реакто­ра вытеснения 50 л, объем реакторов смешения в каскаде - 25 л.

Определшь распределение объемного потока по реакторам, если степень превращения в реакторе вытеснения равна степени превраще­ния в каскаде реакторов смешения.

4.1-21. Процесс, описываемый реакцией типа А + В —> К с константой скорости к = 0,5 м³/(кмоль-с), проводится в установке, состоящей из двух реакторов смешения, соединенных последовательно, объемом 0,4 м³. Объемные расходы вещества А составляет 3 м³/ч с концентра­цией 1,5 кмоль/м³, а вещества В - 3 м³/ч с концентрацией 2 кмоль/м³.

Определить производительность установки но продукту К.

4.1-22. Процесс описывается реакцией типа А + В ^ Я с константой скорости к = 0,5 м-/(кмоль с). Он проводится в установке (рис. 4.7), состоящей из реактора смешения объемом 0,6 м³ и реактора вытесне­ния объемом 0,2 м³, соединенных последопательно. Объемные расхо­ды вешесгва А составляет 3 м³/ч с концентрацией 3 кмоль/м³, а веще­ства В - 4 м³/ч с концентрацией 3 кмоль/м³.

Определить производительность установки по продукту Я.

4.1-23. Процесс, описываемый реакцией второго порядка типа 2А —> Л с константой скорости превращения вещества А к = 2-Ю^-2 л/(моль-с), проводится в системе реакторов (см. рис. 4.3).

Объемный расход исходной смеси равен 100 л/мин, объем реакто­ра вытеснения - 20 л, объем реактора смешения — 80 л. Концентрация вещества А в исходном потоке равна 1,8 моль/л.

Определить производительность установки по продукту К, если время пребывания в обеих ветвях установки одинаковое.

4.1-24. Процесс, описываемый реакцией первого порядка типа А —> К с константой скорости к - 2,05-Ю"² с^-1, проводится в системе реакто­ров (см. рис. 4.5). Объемный расход исходной смеси равен 100 л/мин, объем реактора вытеснения - 50 л. Объемы реакторов смешения равны.

^о.рис-к "Ж"		"Ж
*Р2

^у0.РИС-1

Рис. 4.Н. К задаче 4.1-25

Каков должен быть их объем, если входящий поток делится поров­ну, а степени превращения в обеих ветвях одинаковые?

4.1-25. Жидкофазный процесс, описываемый простой реакцией пер­вого порядка А -> К с константой скорости к = 2 с^-1, проводится в ус­тановке, состоящей из четырех реакторов смешения (рис. 4.8).

Объемы реакторов у_р) - у_р2 = у_р3 = 3 л (соединены послсдователь- но), у_р4 = 20 л. Объемный расход вещества А составляет 5 л/с с концен­трацией 2,8 кмоль/м³.

Определить максимально возможную часовую производительность по продукту Я. Решать при условиях: т_рис._к = *рис-1* ^о.рис-к ⁼ ^о.гис-г

4.1-26. Определить производительность установки по продукту Я, со­стоящей из двух реакторов, соединенных последовательно (рис. 4.9): реактора вытеснения объемом 15 л и реактора смешения объемом 30 л.

В установке проводится реакция 2А = 31* с константой скорости превращения вещества А к = 0,04 с^-1. Исходное вещество А в количе­стве 270 моль/мин подастся с концентрацией 1,8 моль/л.

4.1-27. В установке (см. рис. 4.2), состоящей из трех реакторов объема­ми у_р[ = у_р2 = 5 л, 1>_р3 = 10 л, протекает реакция 2А 1,5Я с констан­той скорости превращения вещества А к = 0,6 с^-1. Объемный расход вещества А с концентрацией 2,4 моль/л составляет 30 л/мин. Определить максимальную производительность по продукту Я.

]—-

Рис. 4.9. К задачам 4.1-26, 4.1-42

4.1-28. Для реакции разложения вещества А по двум направлениям с образованием целевого К и побочною Б продуктов дифференциальная селективность является функцией состава смеси: = 0,6 + 2х_д — 5х²_А. Реакцию прекращают при степени превращения х_А = 0,40.

Предложить реактор или систему реакторов вытеснения и смеше­ния для получения максимальной интегральной селективности и рас­считать ее.

4.1-29. Жидкофазная реакция разложения 2А К второго порядка проводится в двух реакторах (смешения и вытеснения) объемом 300 л каждый, соединенных последовательно (рис. 4.10). Константа скоро­сти превращения вещества А к — 0,1 м-У(моль с), исходная концентра­ция вещества А на входе равна 0,6 кмоль/м³. Объемный расход исход­ной смеси составляет 0,6 м³/мин.

Как изменится производительность системы, если реакторы поме­нять местами?

4.1-30. В системе реакторов смешения и вытеснения (см. рис. 4.3) про­водится жидкофазный процесс, описываемый реакцией первою по­рядка типа 2А -> К + Б с константой скорости реакции к - 0,05 с^-1. Ис­ходная концентрация вещества А равна 0,6 кмоль/м³. Объемный рас­ход исходной смеси составляет 0,21 м³/мин.

Рассчитать производительность системы по продукту, если степени превращения в реак торах одинаковые, а объемы реакторов равны 20 л.

4.1-31. Предложить вариант соединения двух реакторов смешения и вытеснения для получения максимальной производительности про­дукта при проведении реакции 2А—»Я с константой скорости превра­щения вещества А к = 4,5 м³/(кмоль мин). Объемный расход смеси со- стаатяст 0,05 м*/с, концентрация вещества А в входном потоке равна 0,4 моль/л.

Какова будет производительность системы по продукту Я?

4.1-32. Для реакции разложения вещества А по двум направлениям с образованием целевою Я и побочного Я продуктов дифференциальная селективность является функцией состава смеси: = 0.5 4- 2хд — 1,2д_л, реакцию прекращают при степени превращения х_А = 0,40.

Предложить реактор или систему реакторов вытеснения и смеше­ния для получения максимальною выхода продукта Я и рассчитать их объемы. Расход исходной смеси состаачяет 0,05 м-'/с, константы ско­ростей целевой и побочной реакций соответственно равны 0,3 с"¹ и 0,5 с-¹.

Рис. 4.10. К задачам 4.1-29, 4.1-35, 4.1-45

4.1-33. Для проведения жидкофазноЙ реакции типа А -•■» Я можно ис­пользован. либо реактор смешения, либо каскад реакторов смешения с объемом каждого реактора равным 8% объема единичного реактора смешения. Объемная скорость потока составляет 5,6 м³/ч, начальная концентрация вещества А в потоке - 30 кмоль/м³, константа скорости реакции - 0,8 ч

Каким будет объем единичного реактора смешения и сколько не­обходимо взять реакторов смешения в каскаде для достижения степе­ни превращения равной 0,8?

4.1-34. В реакторе вытеснения проводится реакция первого порядка и достигается степень превращения 60%.

Как изменится степень превращения, если вместо реактора вытес­нения взять три одинаковых реактора смешения, соединенных после­довательно, при том же самом реакционном объеме и неизменной на­грузке на реактор?

4.1-35. Определить максимальную производительность установки, со­стоящей из двух последовательно соединенных реакторов смешения и вытеснения объемом по 0,5 м³ (см. рис. 4.10) при проведении реакции второю порядка 2А -» Я + $ + Константа скорости реакции, мУ(кмоль-с), описывается уравнением к = 4-10²ехр(—7000/7) . Сте­пень превращения равна 0,9. концентрация вещества А в потоке - 2,0 моль/л, исходная температура потока — 50 °С. Адиабатический ра­зогрев состааляет 170 град.

4.1-36. Определить максимальную производительность установки, со­стоящей из двух последовательно соединенных реакторов смешения объемом по 0,5 м³, при проведении реакции первого порядка А —> Я т Константа скорости реакции, с~¹, описывается уравнением к = 4- 10⁹ехр(—7000/Т). Степень превращения равна 0,95, концентрация вещества А в потоке - 0,7 моль/л, исходная температура потока — 20 ^сС. Адиабатический разогрев составляет 120 1рад.

Рис. 4.11. К задачам 4.1-37, 4.1-38 2

4.1-37. Сравнить производительность по продукту Я двух установок (рис. 4.11), состоящих из трех реакторов смешения, соединенных ио-

следовательно, при проведении процесса, описываемого реакцией пер­вого порядка типа А —» К с константой скорости к = 0,02 с^-1. Объемный расход исходного вещества А с концентрацией С_А = 20,4 кмоль/м³ со­ставляет 18 мУч. Объемы реакторов в каскаде: у_р1 = 0,15 м³, у_р2 = 0,25 м³, у_р3 = 0,5 м³.

4.1-38. Процесс, описываемый реакцией второю порядка типа 2А= К, осуществляется в каскаде из трех реакторов смешения (см. рис. 4.11). Константа скорости превращения вещества А к = 0,1 лДмольс). Объем­ный расход исходного вещества А с концентрацией 1,8 кмоль/м' равен 18 м³/ч.

Сравнить производительность двух установок по продукту Я.

4.1-39. Процесс осуществляется в установке из трех реакторов смеше­ния (см. рис. 4.2). Объемы реакторов: у . = 0,01 м³, у_р2 = 0,01 м³, у_р3 = 0,2 м \ Протекает реакция типа А —> К. Константа скорости реак­ции к — 2 с^-1. Объемный расход вещества А составляет 18 м³/ч, кон­центрация исходного вещества А — 2,8 кмоль/м³. Время пребывания в обеих ветвях установки одинаковое.

Определить производительность установки по продукту I*.

4.1-40. Процесс описывается реакцией типа А —> Я и осуществляется в установке из трех реакторов смешения (см. рис. 4.2). Объемы реакто­ров: у_р1 = 0,01 м³, у_р2 = 0,01 м³, у_р3 - 0,2 м³. Константа скорости реак­ции к = 2 с"¹. Объемный расход вещества А составляет 18 м³/ч, кон­центрация исходного вещества А - 2,8 кмоль/м³. Степени превраще­ния в обеих ветвях установки равны.

Определить производительность установки по продукту К.

4.1-41. Процесс осуществляется в установке (см. рис. 4.3). Объем реак­тора смешения у_р] равен четырем объемам реактора вытеснения у_р2. Протекает реакция второго порядка типа 2А -> К. Концентрация вещества А равна 1 моль/л, а константа скорости превращения веще­ства А - 1 л/(моль-с). Степень превращения в реакторах одинакова и равна 0,8.

Выразить объемный поток вещества А и его распределение по реак­торам через объем реактора вытеснения.

4.1-42. Процесс осуществляется в установке, состоящей из реактора вытеснения и реактора смешения, соединенных последовательно (см. рис. 4.9). Объем реактора смешения у_рис равен четырем объемам, л, реактора вытеснения у,,_ив. Протекает реакция второго порядка типа 2А -» К. Концентрация вещества А, моль/л, равна С_л0, а константа скорости превращения вещества А — 1 л/(мольс). Степень превраще­ния в реакторах одинаковая и равна 0,8.

Определить производительность установки как функцию объема реактора вытеснения и концентрации С_А0.

4.1-43. Процесс осуществляется в установке, состоящей из реактора смешения и реактора вытеснения, соединенных последовательно (см. рис. 4.10). Обт>см реактора смешения равен четырем объемам реактора вытеснения. Протекает реакция первого порядка типа А —> Я. Концен­трация вещества А, моль/л, равна С_А0, а константа скорости превра­щения вещества А - 1 мин^-1.

Определить производительность установки как функцию объема реактора вытеснения и концентрации С_д0 для достижения степени превращения вещества А равной 0,8.

4.1-44. ЖидкофазныЙ процесс описывается реакцией первого порядка типа А -» 2Я с константой скорости к = 0,9 мин^-1. Концентрация ис­ходного вещества составляет 2 моль/л, расход реакционной смеси - 0,6 м³/мин, требуемая степень превращения — 0,75.

Какое количество реакторов смешения объемом 0,3 м³ надо соединить последовательно, чтобы степень превращения была не ниже заданной?

4.1-45. Процесс проводится в установке (см. рис. 4.10), состоящей из ре­актора смешения объемом 0,6 м³ и реактора вытеснения объемом 0,2 м³, соединенных последовательно. \ !ротекает реакция типа А + В = Я с кон­стантой скорости к — 0,5 м³/(кмоль с). Объемные расходы вешсства А со­ставляют 3 м³/ч с концентрацией 3 кмоль/м³, а вещества В - 4 м³/ч с концентрацией 3 кмоль/м³.

Определить производительность установки по продукту Я.

4.1-46. При условиях задачи 4.1-45 определить производительность ус­тановки, если реакторы поменять местами.

Ш 4.2. СХЕМЫ РЕАКТОРОВ С РЕЦИКЛОМ