2.4.2. Примеры расчета

Пример 2.4-1. Обжиг Ре$₂ осуществляется в наклонном трубчатом реакторе. Частицы твердого вещества движутся в реакторе со скоростью 8 см/с. Известно, что при данных условиях за 1 мин сте­пень превращения Ре5₂ составляет 75%.

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

Решение. Длина реактора определится как произведение скорости движения частиц на время их пребывания, при котором степень пре­вращения удовлетворяет заданной величине: /, = 67.

Используя зависимость X =Дх_тв) для внешнелиффузионной облас­ти проведения гетерогенных процессов при Г = /_пд₇₈ определяем /_(] для экспериментальнных данных и (для реактора

:

, _ * _ бо _=яп

'п X 0 75 '

ТВ

I = = 800,95 = 76 с.

Длина реактора Ь = 8-76 = 608 см = 6,08 м.

Пример 2.4-2. Гранулированный колчедан подается в печь обжига с движущимся слоем колчедана. Фракционный состав колчедана следу­ющий: 1% массовых долей частицы с = 3 мм; 10% - частицы с

= 4 мм; 83% - частицы с /?₀ = 6 мм. Среднее время пребывания ча­стиц в зоне реакции равно 6 мин. время полного сгорания частиц - со­ответственно 4 мин, 6 и 10 мин.

Определить среднюю степень превращения колчедана, если про­цесс лимитируеся кинетической областью.

Решение. Степень превращения колчедана - величина аддитивная и определяется согласно уравнению

*тп = РА.1 ⁺ РЛв2 ⁺ Рэ*пй-

Находим степень превращения частиц различною размера из урав­нения (см. табл. 2.2):

/=?_ц[1-(1-Х_гв)^1/31.

Среднее время пребывания колчедана в зоне реакции больше вре­мени полного превращения для частиц размером 3 мм и, следователь­но, частицы данного размера полностью прореагируют и их степень превращения равна единице: = 1.

Для частиц размером 4 мм время полного превращения равно сред­нему времени пребывания колчедана в зоне реакции и, следовательно, эти частицы тоже полностью прореагируют: дг_тп2 - 1.

Определяем степень превращения частиц размером 6 мм:

*.вЗ = 1 " (1 " '/'пЗ>³ = 1 - (1 - 6/10)³ = 0,936.

Следовательно, средняя степень превращения колчедана

х_1В = 0,07-1 + 0,10-1 +0,830.936 = 0,94.

Пример 2.4-3. Твердые частицы размером 6 мм реагируют в потоке га­за за 460 с на 70%. Процесс протекает в кинетической области.

Какое должно быть время пребывания вещества в аналогичных ус­ловиях для достижения 95%-ой степени превращения, если грануло­метрический состав твердой смеси следующий: 20% - частицы разме­ром 2 мм, 70% - частицы размером 4 мм и 10% - частицы размером 6 мм?Решение. Время полного превращения частиц размером 6 мм опре­деляем из уравнения

/ = /_п[1-(1-*_гв)^,/3]:

(„ = _Гп- ^ _ш = 1393 с.

Время полного превращения частиц колчедана различного размера можно определить из соотношения ⁼

Таким образом, время полного превращения для частиц: размером 3 мм Г_п1 = *= 1393-2/6 = 464 с;

размером 4 мм (_п2 = 'по^/^о ⁼ 1393-4/6 = 929 с; размером 6 мм /_и3 = ⁼ 1393-6/6 = 1393 с.

Исходя из условия задачи, степень превращения должна быть 95%. Следовательно, частицы размером 2 и 4 мм должны прореагировать полностью. Вклад частиц размером 6 мм в общую степень превраще­ния будет составлять:

*тв - (V¹ - М ~ - °>² " °>⁷ = 0,05.

Степень превращения частиц х_т^ = 0,05/0,1 = 0,5 и время пребывания твердого вещества в реакторе

/=/_п[1-(1 -х^з)¹'³]- 1393[1 -(1 — 0,5)^]/³] =1218 с.