2.1.4. Задания по расчету адиабатического реактора

Задание 1

Для процесса окисления метанола в формальдегид в адиабатическом реакторе исследовать влияние входной концентрации метанола С_CH3OH = {3.5,4.5,5.5,7.0,8.0,9.0,10.0} об. % на основные показатели процесса:

 максимальную температуру в слое;

 степень превращения метанола на выходе из слоя.

Рис. 7. Влияние расхода газовой смеси на профили степени превращения метанола по длине слоя.

1 – G = 4,5 кг/с; 2 – G = 1,5 кг/с, С_CH3OHⁱⁿ = 4,5 об. %

Определить, при каких значениях входной концентрации метанола максимальная температура становится недопустимо высокой (> 460⁰С). Дальнейшее увеличение температуры может привести к спеканию катализатора, воспламенению реакционной смеси, появлению нежелательных реакций. Исследование провести при следующих параметрах процесса:

Расход реакционной смеси 1,5 кг/с

Длина слоя катализатора 0,2 м

Диаметр аппарата 2,53 м

Порозность слоя 0,4

Давление 1 атм

Температура на входе в реактор 230°C

Температура стенки (холодильника) 280°C

Опорная (рабочая) температура (Т_ref) 300°C

Диаметр зерна катализатора 1 мм

Активность катализатора 1

Концентрации веществ (мольные доли в исходной смеси)

метанол  варьируется; формальдегид – 0,0; вода – 0,01; кислород – 0,1; азот  рассчитывается.

Результаты представить в виде таблиц и графиков. Объяснить полученные результаты.

Задание 2

Для процесса окисления метанола в формальдегид в адиабатическом реакторе исследовать влияние длины слоя катализатора L = {0.2,0.4,0.6,0.8} м на основные показатели процесса:

 максимальную температуру в слое;

 степень превращения метанола на выходе из слоя.

Исследование провести при следующих параметрах процесса:

Расход реакционной смеси 4,5 кг/с

Диаметр аппарата 2,53 м

Порозность слоя 0,4

Давление 1 атм

Температура на входе в реактор 230°C

Температура стенки (холодильника) 280°C

Опорная (рабочая) температура (Т_ref) 300°C

Диаметр зерна катализатора 1мм

Активность катализатора 1

Концентрации веществ (мольные доли в исходной смеси):

метанол – 4,5 об. %; формальдегид – 0,0; вода – 0,01; кислород – 0,1; азот  рассчитывается.

Результаты представить в виде таблиц и графиков. Объяснить полученные результаты.

Задание 3

Аналогично заданию 1, но для расхода реакционной смеси 4,5 кг/с.

Задание 4

Аналогично заданию 2, но для расхода реакционной смеси 1,5 кг/с.

2.1.5. Контрольные вопросы

1. Как рассчитать величину адиабатического разогрева реакционной смеси?

2. Чему равна выходная температура при полной степени превращения?

3. Дать определение времени контакта.

4. Нарисовать типичный температурный профиль для адиабатического реактора, в котором достигнута полная степень превращения.

5. Как влияет коэффициент теплопередачи через стенку реактора на показатели процесса в адиабатическом реакторе?

6. Как влияет увеличение расхода на максимальную температуру в слое, если длина слоя не ограничена?

7. Можно ли проводить процесс окисления метанола в формальдегид при высокой концентрации метанола в адиабатическом реакторе? Почему?