Материальный баланс

Приход:

- массовый расход ключевого реагента, пришедшего в реактор. [кг/c]=[(м³/c)·(м³/кмоль)·(кг/кмоль)]

Расход:

- массовый расход непрореагировавшего ключевого реагента.

- массовый расход ключевого реагента в химической реакции. [кг/c]=[(кмоль/м³·c)·(м³)·(кг/кмоль)]

По закону сохранения материи:

- уравнение материального баланса для реактора идеального смешения

- характеристическое уравнение РПС.

Тепловой баланс

Приход:

- теплота физического прихода, где Cp-теплоемкость [кДж/с]=[(м³/c)·(кДж/м³/град)·град)]

-теплота химической реакции. [кДж/c]=[(кмоль/м³·c)·(кДж/кмоль)·(м³)

- теплота теплообменника, где К-коэффициент теплопередачи [кДж/c]=[(кДж/м²·c·град)·(м²)·(град)]

Расход:

- теплота физического расхода [кДж/с]=[(м³/c)·(кДж/м³/град)·(град)]

По закону сохранения энергии:

- уравнение адиабаты, теплообмен с окружающей средой отсутствует.

Выбор химического реактора Определение суммарной теплоёмкости исходной смеси:

Вещество	Cp°,298 Дж/моль·К
HCl	29.14
O2	29.37
H2O	33.61
Cl2	33.93
N2	29.12

Подсчитанная концентрация инерта N₂ =0,15

Суммарная теплоемкость реакционной смеси:

_{Сp = Cp°(HCl)·Z0(HCl)+Cp°(O2)·Z0(O2) +Cp°(H2O)·Z0(H2O)+Сp0(Cl2)⋅Z0(Cl2 )+ Cp°(N2)·Z0(N2) =29.62 Дж/моль·К}

_{Z0 – начальная концентрация реагентов.}

Определение теплового эффекта реакции

Стандартные теплоты образования веществ:

Вещество	ΔH°f,298 кДж/моль
Сl2	0
O2	0
H2O	-241.81
HCl	-92.31

_{Тепловой эффект реакции:}

ΔΗ° = 2ΔH°f (H₂O) +2ΔH°f (Cl₂) - 4ΔH°f (HCl) - ΔH°(O₂)

ΔΗ° = 2·(-241.81)+0-4·(-92,31)-0= -114.38 кДж/моль = -114380 Дж/моль

Суммарный тепловой эффект положительный, значит реакция эндотермическая, т.е. идет с поглощением тепла.

Программа

Изменение скорости окисления от температуры (Т) и от давления (Р):

График 1.

График 2.

Сравнение РИВ и РПС в зависимости от степени превращения. Зависимости скорости реакции (U) и объема (V) реактора от степени превращения (X):

График 3.

График 4.

График 5.

Г

UГ

График 6.

График 7.

τ(X) – время контакта для реактора идеального вытеснения

τ1(X) – время контакта для реактора полного смешения

V(X) – объем реактора идеального вытеснения

V1(X) – объем реактора идеального смешения

Производительность:

Производительность П [кг/с] – количество выработанного продукта или переработанного сырья за единицу времени. Увеличение производительности может быть достигнуто увеличением размера реактора или скорости протекания химико-технологического процесса.

Производительность реактора для окисления хлористого водорода будем рассчитывать следующим образом:

МА – молярная масса HCl, (1 + 35.5 = 36.5 )

X3 = 0.6 – конечная степень превращения.

Анализ полученных зависимостей.

Как видно из графика 1. - зависимости скорости реакции от температуры, для данной реакции существует область оптимальных температур. При Т ≈ 800 ^oC скорость реакции максимальна. Видно из графика, что при входе в реактор исходную смесь нужно греть до оптимальной температуры для увеличения скорости реакции. После достижения оптимальной температуры смесь больше не нужно греть, иначе скорость начнет падать.

Из графика 2. - зависимости скорости реакции от давления видно, что при увеличении давления скорость реакции будет все время возрастать.

Из графика 3, 4: Зависимость степени превращения и в РПС, и в РИВ имеют возрастающий характер, так как чем дольше время пребывания реакционной смеси в реакторе, тем больше вещества образуется. При заданной конечной Х = 0.6, видно, что при одной и той же степени превращения τ(Х) < τ1(X). Следовательно, в РИВ быстрее чем РПС достигается степень превращения, равная 0.6. На графиках 5 и 6 так же показано, что степени превращения и в РПС, и в РИВ возрастают, так как чем больше объем реактора, тем больше вещества образуется. И при конечной Х = 0.6, видно, что при одной и той же степени превращения V(Х) < V1(X). Следовательно, в РИВ быстрее чем РПС достигается степень превращения, равная 0.6. Изходя из этих графиков, видим, что объем реактора при этом будет меньше, что экономически выгодно.

Анализируя график 7, можем сказать, что в зависимости скорости реакции от степени превращения, для данной реакции существует оптимальная область степени превращения. При Х ≈ 0.3 скорость реакции максимальна. Из графика видно , что при входе в реактор степень превращения должна увеличиваться пока не достигнет оптимальной – примерно при X = 0.2 - 0.4 скорость будет очень выгодной. При дальнейшем увеличении степени превращения скорость реакции начнет уменьшаться.