Материал: 72792
Зависимость степени превращения от температуры из уравнений материального баланса реакторов:
|
При проведении в реакторе необратимой реакции 1-го порядка: |
|||
1. |
Рис П: XA =1−e−k0τe−E RT . |
|||
2. |
Рис Н: XA = |
|
k0τ e−E RT |
. |
|
|
|||
|
1 |
+k0τ e−E RT |
||
3. |
Рив: XA =1−e−k0τe−E RT . |
|||
Зависимость степени превращения от температуры из уравнений теплового баланса реакторов:
Для всех типов реакторов:
XA = C cpρH (T −T0) ±q , A0
где сР − теплоемкость, кДж/(кг К); ρ − плотность, кг/м3; Н − тепловой эффект, кДж/моль.
УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАЧ
При решении задачи 1 необходимо составить стехиометрическое уравнение реакции горения газа. Например, горение метана описывается следующим суммарным уравнением:
СН4 + |
2О2 |
→ СО2 |
+ |
2Н2О |
+ Н. |
|
|
||
2 32 |
|
|
|
||||||
16 |
|
44 |
|
2 18 |
|
|
|||
В |
100 м3 |
метана |
при |
нормальных |
условиях содержится |
||||
100 : 22,4 = 4,46 |
кмоль метана, |
что составляет 16 4,46 = 71,4 |
кг. Для |
||||||
сжигания этого количества метана необходимо |
64 4,46 = 285,4 |
кг ки- |
|||||||
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
слорода, а с учетом коэффициента избытка воздуха (пусть α =1,1) количество кислорода будет 285,4 1,1 = 313,9 кг. При этом в систему поступит 313,9 3,76 =1180,3кг азота (так как соотношение кислорода и азота в
воздухе составляет 1 : 3,76).
Тогда расход воздуха составит 313,9 +1180 = 31494,2 кг.
При горении метана образуется 36 4,46 =160,6 кг водяного пара и 44 4,46 =196,2 кг углекислого газа.
Содержание водяного пара в продуктах сгорания с учетом азота составит:
в массных долях:
|
|
|
|
|
160,6 |
|
|
|
ХН2О = |
|
|
= 0,104; |
|
||||
1180,3 |
+160,6 +196,2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
||||
в мольных долях: |
|
|
||||||
ХН2О = |
|
|
160,6 18 |
|
= 0,161. |
|||
1180,3 |
28 +160,6 18 +196,2 44 |
|||||||
|
|
|
|
|||||
Аналогичным образом решается задача 2, причем необходимо помнить, что тепловой эффект реакции рассчитывается по уравнению:
Н = ∑ Нпрод. −∑ Нисх.в−в.
При решении задачи 3 нужно воспользоваться известными соотношениями для определения константы скорости реакции:
при n = 0 |
k = |
|
CA |
0 |
XA |
, |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
τ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при n =1 |
k = |
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
τln |
|
|
, |
|
|
|
||||||||
(1 |
−XA ) |
|
|
|
||||||||||
при n = 2 |
k = |
|
|
|
|
XA |
|
|
|
|
. |
|||
τ C |
A0 |
(1−X |
A |
) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
17
В задаче 4 сначала определяют численные значения константы скорости реакции при температурах t1 и t2 , затем рассчитывают величину энергии активации:
E = R ln(kT1 
kT2 ) . 1 − 1
T2 T1
Используя значение Е и одной из констант kT1 или kT2 , рассчитывают значение kT3 :
E ( 1 − 1 ) kT3 = kT1 eR T1 T3 .
При решении задачи 5 сначала по результатам проведения реакции в реакторе периодического действия определяют константу скорости реакции, а затем, используя ее значение, рассчитывают время пребывания реа-
гентов в Рис Н и Рив для каждой заданной степени превращения ХА
(0,1; 0,5 и 0,9).
τРис = |
ХА |
; |
τРив = |
1 |
ln |
1 |
. |
||
k(1 |
−XA ) |
k |
(1−XA ) |
||||||
|
|
|
|
|
|||||
Для определения последовательности комбинированной модели, состоящей из Рив и Рис (задача 6), необходимо определить величину кон-
центрации САк на выходе из системы реакторов. Для этого рассчитывают
комбинацию Рив+Рис и Рис+Рив. Предпочтение отдается той системе, где концентрация САк меньше. Для реакции второго порядка:
СА |
|
= |
−1+ 1+4kτCA0 |
; CA |
|
= |
|
CA0 |
. |
|
Рис |
2kτ |
Рив |
1+kτC |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
A0 |
|
|
18
Для построения графической зависимости в задаче 7 сначала рассчитывают значения константы скорости реакции при 25 и 35 °С и определяют энергию активации реакции. Используя значение Е и одной из констант kT1 или kT2 , рассчитывают значение предэкспоненциального мно-
жителя k0 :
ln k0 = ln k298 + R E298 .
Затем при температурах от 5 до 85 °С с интервалом в 10 °С рассчитывают константы скорости реакции:
lnkТ = ln k0 − RET .
Далее, используя значения константы скорости реакции, рассчитывают соответствующее каждой температуре значение степени превращения
ХАв Рив и Рис:
XA |
|
=1−e−kT τ |
; |
XA |
|
= |
|
|
kT τ |
. |
|
Рив |
Рис |
1 |
+kT τ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Полученные данные оформляют в виде графической зависимости
XA = f (T).
Оглавление |
|
Введение .......................................................................................................... |
3 |
Методика изучения курса................................................................................... |
4 |
Рекомендуемая литература................................................................................. |
5 |
Указания к выполнению контрольных заданий............................................... |
5 |
Контрольные задания.......................................................................................... |
7 |
Основные расчетные соотношения, используемые при выполнении |
|
контрольных задач............................................................................................ |
12 |
Указания к решению контрольных задач....................................................... |
16 |
19
Составитель Нестерова Евгения Владимировна
ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки бакалавров
18.03.02«Энерго- и ресурсосберегающие процессы
вхимической технологии, нефтехимии и биотехнологии»
Редактор Л. В. Лукьянчук
Компьютерная верстка – Н. А. Ушакова
Подписано в печать с оригинал-макета 14.01.16. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная.
Уч.-изд. л. 1,25. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 5. С 223.
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3.
20