4.2.2. Задачи

Задания этого раздела в основном связаны с расчетом режи­ма установки с рециклом, состоящей из смесителя, реактора и делите­ля. Реактор - идеального вытеснения (см. рис. 4.12) или идеального смещения (рис. 4.13). В делителе полностью разделяются продукт ре­акции, который выводится из системы, и остатки исходного вещества, возвращающегося в реактор через смеситель. Имеющийся в реакцион­ном потоке инертный компонент разделяется между рециркулирую- щим и отходящим потоками.

4,2-1. Процесс описывается реакцией типа А -> 2 Я и проводится в ус­тановке, состоящей из смесителя См, реактора и делительного устрой­ства Д (см. рис. 4.12). Константа скорости реакции равна 0,025 с^-1. Концентрация вещества А на выходе из реактора составляет 0,36 моль/л, что соответствует степени превращения в реакторе 0,4. Объем реактора вытеснения равен 75 л. Концентрация вещества А в исходном потоке и рецикле составляет 0,8 кмоль/м³.

Определить объем рецикла и производительность по продукту Я.

4.2-2. Процесс проводится в установке (см. рис. 4.13). В реакторе иде­ального смешения протекает реакция А Я. Производительность по продукту К составляет 10 кмоль/ч. Константа скорости реакции равна 0,06 с*"¹. Степень превращения в реакторе составляет 0,8, объем реакто­ра смешения - 0,2 м³, концентрация вещества А в исходном потоке - 0,4 кмоль/м³.

Определить объем рецикла и концентрацию вещества А в рецикле.

4.2-3. Процесс проводится в установке (см. рис. 4.12). В реакторе иде­ального вытеснения объемом 10 л протекает реакция А —> Я. Произво­дительность по продукту Я составляет 10 кмоль/ч, константа скорости реакции - 0,04 с^-1, степень превращения в реакторе — 0,6, концентра­ция вещества А в исходном потоке - 2,5 кмоль/м³.

Определить объем рецикла и концентрацию вещества А в рецикле.

4.2-4. Процесс проводится в установке (см. рис. 4.12). В реакторе иде­ального вытеснения протекает реакция А Я. Производительность по продукту- Я составляет 1,8 кмоль/ч, константа скорости реакции - 0,02 с^-1. Концентрация вещества А в исходном потоке равна 2,5 кмоль/м³, на выходе из реактора - 1,05 кмоль/м³.

Определить объем рецикла, концентрацию вещества А в рецикле и объем реактора.

4.2-5. Процесс проводится в установке (см. рис. 4.12). В реакторе иде­ального вытеснения протекает реакция А —» И. Производительность по продукту Я состаапяет 2,4 кмоль/ч. Константа скорости реакции равна 0,03 с^-1, степень превращения в реакторе - 0,6, концентрация вещества А в исходном потоке и рецикле - 1,6 кмоль/м³, концентра­ция вещества А на выходе из ректора - 0,64 кмоль/м³.

Определить объем рецикла и объем реактора.

4.2-6. Процесс описывается реакцией типа А 1,5К. Константа ско­рости реакции равна 0,025 с^-1, концентрация вещества А в исходном потоке и рецикле - 1,8 кмоль/м³, а на выходе из реактора - 0,9 кмоль/м³. Процесс проводится в реакторе вытеснения объемом 140 л (см. рис. 4.12).

Определить объем рецикла и производительность установки по ис­ходному веществу.

4.2-7. В реакторе идеального вытеснения объемом 150 л (см. рис. 4.12) протекает реакция А 2Я. Константа скорости реакции равна 0,015 с^-1, степень превращения в реакторе - 0,4, концентрация вещества А в ис­ходном потоке - 0,8 кмоль/м³, а на выходе из реактора - 0,36 кмоль/м³

Определить объем рецикла и концентрацию вещества А в рецикле, а также производительность установки по исходному веществу.

4.2-8. В реакторе идеального смешения (см. рис. 4.13) протекает реак­ция 2А —» К. Производительность по продукту А составляет 18,36 кмоль/ч, константа скорости реакции равна 1,25 м³/(кмоль с), степень превращения в реакторе - 0,7, концентрация вещества А в ис­ходном потоке и в рецикле - 3 кмоль/м³.

Определить производительность установки по продукту' И, объем реактора и объем рецикла.

4.2-9. В реакторе идеального смешения (см. рис. 4.13) протекает реакция 2А —» К. Производительность по продукту А составляет 16,2 кмоль/ч, константа скорости реакции - 0,05 м³/(кмоль-с), степень превраще­ния в реакторе - 0,65, концентрация вещества А в исходном потоке и в рецикле - 1,7 кмоль/м³.

Определить производительность установки по продукту Я, объем реактора и объем рецикла.

4.2-10. Процесс описывается реакцией типа 2А —> Я. Производитель­ность установки (см. рис. 4.12) по продукту А составляет 15,12 кмоль/ч, обьемный расход вещества А - 8,4 м³/ч, концентрация вещества А на выходе из реактора - 0,54, а в рецикле - 1,8 кмоль/м³. Объем реакто­ра смешения равен 1200 л.

Определить объем рецикла и константу скорости реакции.

4.2-11. Процесс описывается реакцией типа 2А Я. Производитель­ность установки (см. рис. 4.13) по продукту А составляет 30,0 кмоль/ч, константа скорости реакции — 0,029 м³/(кмольс), концентрация ве­щества Я в выходном потоке - 2,5 кмоль/м³, объем рецикла - 10,8 м³/ч, концентрация вещества А на выходе из реактора - 1,125 кмоль/м³.

Определить производительность установки по продукту Я, объем реактора смешения, концентрацию вещества А в рецикле и степень превращения вещества А в реакторе.

4.2-12. Процесс описывается реакцией типа 2А Я с константой ско­рости 0,065 м³/(кмоль с). Концентрация вещества Я в выходном пото­ке равна 2,5 кмоль/м³. Процесс проводится в установке (см. рис. 4.12), состоящей из смесителя См, реактора вытеснения и делителя Д, где от­деляется продукт Я, а непрореагировавшее вещество А возвращается в цикл. Установка перерабатывает 20 кмоль/ч исходного вещества, кото­рое поступает с концентрацией 1,4 кмоль/м³. Степень превращения вещества А в реакторе равна 0,7, а концентрация вещества А в рецик­ле — концентрации его на входе в установку.

Определить производительность установки по продукту' Я, необхо­димый объем реактора вытеснения, объем рецикла и концентрацию вещества Я в выходном потоке.

4.2-13. Процесс описывается реакцией типа 2А —> Я с константой ско­рости к = 0,065 м³/(кмоль с). Концентрация вещества Я в выходном потоке равна 2,5 кмоль/м³. Процесс проводится в установке (см. рис. 4.12), состоящей из смесителя См, реактора вытеснения и делите­ля Л, ше отделяется продукт Я, а непрореагировавшее вещество А воз­вращается в цикл. Установка перерабатывает 20 кмоль/ч исходного ве­щества, которое поступает с концентрацией 1,4 кмоль/м³. Степень превращения вещества А в реакторе составляет 0,7, а концентрация вещества А в рецикле равна концентрации его на входе в установку.

Определить производительность установки по продукту Я, необхо­димый объем реактора вытеснения, объем рецикла и концентрацию вещества Я в выходном потоке.

4.2-14. Процесс описывается реакцией типа 2А -» Я и проводится в ус­тановке, состоящей из смесителя С«, реактора вытеснения и делителя Д (см. рис. 4.12), вырабатывает 9 кмоль/ч продукта Я с концентрацией его в выходном потоке 1 кмоль/м³. Константа скорости реакции составляет 0,05 м³/(кмоль-с), концентрация вещества А в рецикле рав­на концентрации его на входе в установку, концентрация вещества А на выходе из реактора - 0,4 кмоль/м³.

Определить объемный поток исходного вещества, необходимый объем реактора вытеснения, объем рецикла.

4.2-15. Процесс описывается реакцией типа А Я с константой ско­рости равной 0,07 м³/(кмоль-с) и проводится в установке, состоящей из смесителя См, реактора вытеснения и делителя Д(см. рис. 4.12). Ус­тановка перерабатывает 16,8 кмоль/ч вещества А. Концентрация ис­ходного вещества составляет 1,2 кмоль/м³. Степень превращения ве­щества А в реакторе равна 0,85.

Определить необходимый объем реактора вытеснения и концент­рацию вещества А в рецикле, если объем рецикла составляет 5,76 м³/ч.

4.2-16. Процесс, описываемый реакцией типа 2А —> Я, проводится в установке, состоящей из смесителя См, реактора вытеснения и делите­ля Д (см. рис. 4.12). Концентрация вещества А в рецикле равна кон­центрации его на входе в установку и составляет 1,2 кмоль/м³. Кон­центрация вещества А на выходе из реактора равна 0,334 кмоль/м³. Объем реактора вытеснения равен 140 л.

Определить объем рецикла, константу скорости.

4.2-17. Процесс, описываемый реакцией типа 2А Я. проводится в установке (см. рис. 4.12), состоящей из смесителя См, реактора вытес­нения и делителя Д которая вырабатывает 7 кмоль/ч продукта Я. Кон­станта скорости реакции равна 0,07 м³/(кмольс). Концентрация ве­щества А в рецикле и концентрации его на входе в установку составля­ют 1,4 кмоль/м³. Объем реактора вытеснения равен 120л.

Определить необходимый объем рецикла и концентрацию веществ А и Я на выходе из реактора.

4.2-18. В установке, состоящей из смесителя См, реактора смешения и

А, к,

делителя Д (см. рис. 4.13), осуществляется реакция типа А —> Я ^ Б с константами скоростей к_{ = 2,3 ч"¹ и к₂ = 1,2 ч ¹. Концентрации веще­ства А в исходном потоке и в рецикле равны. Объемный расход веще­ства А с концентрацией 3,5 моль/л составляет 110 л/мин.

Определить производительность установки по продукту Я, объем реактора смешения и объем рецикла.

4.2-19. Процесс описывается реакцией типа 2А —> Я (см. рис. 4.13). Производительность по продукту А составляет 12,15 кмоль/ч. Объем реактора смешения равен 300 л. Концентрации вещества А в исходном потоке и рецикле составляют 2,38 кмоль/м³. Концентрация вещества А после реактора равна 0,92 кмоль/м³.

Определить объем рецикла и константу скорости реакции,

к к

4.2-20. Процесс описывается сложной реакцией типа А —> Я —> 5 и проводится в установке, состоящей из смесителя Си, реактора вытес­нения и делителя Л (см. рис. 4.12), где вырабатывается 7 кмоль/ч продукта Л. Константы скоростей реакции = 1,8 мин^-1, к₂ — 2,3 мин^-1. Концентрации вещества А в рецикле и на входе в ус­тановку равны 3,8 кмоль/м³. Объемный расход исходного вещества составляет 250 л/ч.

Определить минимальный объем реактора вытеснения и объем ре­цикла для достижения заданной производительности по продукту К.

4.2-21. Процесс описывается сложной реакцией типа А —> Я —» Б и проводится в установке, состоящей из смесителя Си, реактора вытес­нения и делителя Д (см. рис. 4.12). Константы скоростей реакции к_{ = 2,5 мин^-1, к₂ = 3,6 мин^-1. Концентрации вещества А в рецикле и на входе в установку составляют 4,6 кмоль/м³. Объемный расход ис­ходного вещества равен 240 л/ч.

Определить минимальный объем реактора вытеснения, объем ре­цикла и производительность по продукту Я.

к к

4.2-22. Процесс описывается сложной реакцией типа А -> Я, А 5 и проводится в установке, состоящей из смесителя См, реактора вытес­нения и делителя Д (см. рис. 4.12). Константы скоростей реакции к_{ = 3,4 мин"¹, к₂ = 2,3 мин"¹. Степень превращения вещества А в ре­акторе составляет 65%. Концентрации вещества А в рецикле и на вхо­де в установку равны 4,1 кмоль/м³. Объемный расход исходного веще­ства составляет 210 л/ч.

Определить объем реактора вытеснения, объем рецикла и произво­дительность по продукту Я.

4.2-23. Реакция 2А Я, где к = 6,01-10"³ м³/(кмоль-с), проходит в РИВ с рециклом (см. рис. 4.12). Продукт в исходном растворе отсутствует. Концентрация вещества А в исходном потоке и рецикле равна 2 кмоль/м³. Производительность реактора по продукту составляет 1,2-10"³ кмоль/с. Объем реактора 1 м³.

Определить объемную скорость рецикла и производительность си­стемы по веществу А.

р

0> ао' °яо

I/

Рис. 4.14. Схема реакционного узла с полным рециклом:

См - смеситель, Р - реактор

4.2-24. Жидкофазная необратимая реакция 2А -» Б с константой ско­рости к = 5,НО^-3 м³/(кмоль с) проводится в реакторе смешения объе­мом 0,8 м³. Концентрация вещества А в исходном потоке равна 1,65 кмоль/м³. Проанализировать, как введение рецикла (рис. 4.14) может повлиять на степень превращения и производительность по продукту, если общая нагрузка остается без изменений. Исходная ско­рость подачи К_исх = 210~³ м³/с, а объемная скорость рецикла состав­ляет 0,25 исходной скорости подачи.

4.2-25. Процесс описывается реакцией типа 2А —> Я с константой ско­рости превращения вещества А к - 0,03 м³/(кмоль с). Процесс прово­дится в системах реакторов: 1) РИС с рециклом (см. рис. 4.12); 2) РИВ с рециклом (см. рис. 4.12). Производительность по продукту на выхо­де из системы составляет 2 толь/ч, степень превращения вещества А в реакторе - 0,6. Объем реактора равен 0,4 м³. Концентрация вещест­ва А в исходном потоке равна 0,8 кмоль/м³.

Определить объем рецикла и концентрацию вещества А в рецикле для случаев 1) и 2).

кг

4.2-26. Реакция А Я проводится в РИС с полным рециклом (см. рис. 4.14). Константа скорости прямой реакции к_х — З,210~³ с"^!, а об­ратной к₂ «= 0,8-10 "³ с"¹. В исходном потоке вещество К отсутствует. Общая скорость подачи У₀ = 1-Ю"³ м³/с. Отношение объемной скоро­сти рецикла к обшей скорости подачи равно 0,2. Объем реактора равен 1,6 м³. Начальная концентрация вещества А С_л = 1,05 кмоль/м³.

пСЛ

Определить концентрацию продукта и производительность систе­мы по продукту.

к,

4.2-27. Реакция А Я <~> где Я - продукт, проходит в РИС с пол­ным рециклом (см. ри⁴с. 4.14). Константы скоростей реакций: к_{ = 0,8-10~³ с"¹; к₂ = к_г = к_А = 0,3-10"³ с"¹. Объем реактора 1,5 м³, от­ношение объемной скорости рецикла к скорости подачи ^_рсц/К₀ = = 0,19. Начальная концентрация исходного вещества С_Аисх = = 1,1 кмоль/м³. Скорость подачи К — 110~³ м³/с

.

Определить концентрацию продукта и производительность систе­мы по продукту для системы с рециклом и РИС без рецикла.

к₁

4.2-28. Для реакций А -4 Я, 2А -» 8 + О константы скоростей к_х - = Ы0~³ с^-1, к₂ = 1-10^-2 м³/(кмольс), объем смешения реактора - 2 м³. Производительность системы по исходному веществу - 1 кмоль/с. Концентрация вещества А в исходном потоке - 2 кмоль/м³. Отноше­ние объемной скорости рецикла к общей скорости подачи — 0,15.

Найти концентрацию продукта И. и производительность системы по продукту с полным рециклом (см. рис. 4.14) и без рецикла.

к к

4.2-29. Реакция А -> Я <=> 8, где Я - продукт, проходит в РИС с пол­ным рециклом (см. рис. 4.14). Константы скорости реакций: к_х = 5,1-Ю"³ с"¹; к₂ =3,2-10"³; к_г = 1,7 Ю^³ с"¹. Объем реактора - 0,8 м³. Отношение объемной скорости рецикла к общей скорости подачи У_реи/У₀ — 0,17. Начальные концентрации исходных веществ и продук­та, кмоль/м³: С_{А исх} = 1,65; С_{$ исх} - 0; С_Яисх = 0. Плотность реакцион­ной смеси остается постоянной. Скорость подачи У₀ = 2-10~³ м³/с.

Определить производительность системы по продукту- К и концен­трацию продукта в выходящем потоке.

^к} ^кг

4.2-30. Реакции А + В —> Я и В 5 проводится в РИС с по;шым рецик­лом (см. рис. 4.14). Константы скорости реакции: А', - 210"³ м³/(кмоль с); к₂ = 3,2-Ю^-3 с"¹; *₃ = 0,8-10"³ с^-1. В начальный момент времени С_{5 исх} = С_{к исх} ~ 0, Общая скорость подачи У₀ = МО^-3 м³/с. Отношение объемной скорости рецикла к обшей скорости подачи равно 0,20. Объем реактора - 1,6 м³. Начальные концентрации исходных веществ: С_Аисх = 1,05 кмоль/м³; С_{в исх} = 2,4 кмоль/м³.

Определить производительность системы по продукту Я и КОНЦе1ТГра- цию продукта Я.

к к

4.2-31. Реакция А 4 Я 4 Б (к_х = З/МО"³ с~¹, к₂ = 2,4-Ю"³ с"¹) проходит в РИВ с рециклом (см. рис. 4.12). Объем реактора - 0,67 м³. Начальные концентрации: С_Аисх = 0,25 кмоль/м³; С_{$ исх} = С_{К исх} - 0 кмоль/м³; Я - продукг реакции. Производительность по исходному веществу рав­на 4- Ю^-4 кмоль/с.

Определить: объем рецикла, если время пребывания в РИВ состав­ляет 333 с; производительность по продукту; концентрацию вещества А в рецикле, если после сепаратора происходит полное разделение продуктов и непрореагировавшего вещества А, причем концентрация вещества А в рецикле такая же, как на входе в установку.

к к

4.2-32. Реакция А 4 Я 4 5 (*, = 3,7-КГ³ с"¹, к₂ = 2,410 ³ с"¹) прохо­дит в РИС с рециклом (см. рис. 4.14). Объем реактора - 1,0 м³. Началь­ные концентрации С_{А исх} = 0,5 кмоль/м³; С_{$ исх} = С_{к исх} = 0 кмоль/м³; Я - продукт реакции. Производительность по исходному веществу равна 125-Ю^-3 кмоль/с. Делитель полностью отделяет продукт от не- прореагировавшего вещества А. Концентрация вещества А в рецикле равна его концентрации в исходном потоке. Система работает таким образом, что достигается максимальная концентрация продукта К в реакторе.

Определить: 1) отношение объемной скорости рецикла к общей скорости подачи; 2) производительность по продукту; 3) концентра­цию вещества А в растворе, подаваемом в реактор.

Ш 4.3. ОПТИМАЛЬНЫЙ ОБЪЕМ И СЕБЕСТОИМОСТЬ