Выбор реактора для окисления диоксида серы
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
?о выделившейся теплоты равно изменению температуры и теплоте, отобранной холодильником. В адиабатическом режиме отсутствует теплообмен с окружающей средой, теплота идет на изменение теплосодержания химической смеси, значит:= 22.4CpdT/zA, кДж/кмоль;
= zAHUCR/(22.4Cp) - уравнение адиабаты в интегральной форме, проинтегрируем и получим:
Т = Т0 (zAHUCR/(22.4Cp))x - уравнение адиабаты, здесь знак + для реакции экзотермической, знак - для эндотермической реакции.= zAHUCR/(22.4Cp) - адиабатический коэффициент, показывающий на сколько изменится температура реакции смешения, если ключевое вещество полностью прореагирует, град.
Подставив выражение для Ad в уравнение адиабаты, получим T = Т0 Adx.
Система уравнений МБ и ТБ:
Решение системы позволит найти максимальное значение степени превращения, например, для реакции первого порядка, получим:= kPA = kPzA = kPzA(1-x) - кинетическое уравнение реакции 1-го порядка
/dt= 22.4kP(1-x),
, после интегрирования получим:= 1- - уравнение степени превращения для необратимой реакции 1-го порядка.
2.3 Материальный баланс РПС
Реактор полного смешения (РПС) - реактор, в котором вновь поступающая порция реагента быстро распространяется по всему объему реактора за счет перемешивания, и концентрация реагента остается постоянной в любой точке реактора.
Рассмотрим реакцию aA+ bB = cC+dD, примем V=const - объем смеси, zА = const, хА = 0, хк - начальная и конечная степень превращения соответственно,Vr = const -объем реактора, тогда = VzAxAMA/22.4 - физический приход в реактор, кг/с; V - расход смеси, м/с; zA - концентрация реагента А, кг/кмоль; Vm = 22.4 - молярный объем, м/кмоль.= VzA(1-xA)dxAMA/22.4 -физический расход, кг/с= UVrMA - прореагировало в реакторе в ходе химической реакции, кг/с, где Vr-объем реактора, м.
По закону сохранения действующих масс - приход равен расходу вещества в ходе реакции:
= GFRA + GCRA, кг/с
zA/22.4 = VzA/22.4 - VzAхк/22.4 + UVr, сократим:zAхк/22.4 = UVr, учитывая, что Vr = Vt - объем реактора, м, получим
хк/t = 22.4U/zA - уравнение материального баланса РПС.
Из уравнения МБ следует, что чем больше скорость реакции, тем ниже время ее протекания и объем реактора.
2.4 Тепловой баланс РПС
Рассмотрим реакцию экзотермическую без изменения числа молей:
+ bB=cC+dD
Т0 - начальная температура на входе в реактор,град; Тк - конечная температура на выходе из реактора, град; хА=0 - начальная степень превращения, хк -конечная степень превращения; Т-температура в реакторе, град; V=const - расход смеси считаем постоянным, м/с; zA -концентрация вещества А, кг/кмоль; Cp- удельная теплоемкость, Дж/моль град, также постоянные величины; F- поверхность теплообмена на всем объеме реактора, м/м; Cp- удельная теплоемкость, Дж/(моль град), тогда= VCp(T0-273), кДж/с - теплота физического прихода;= VCp(Tк -273) - энергия (теплота) физического расхода, кДж/с;СR = U?HUCRVr - тепловой эффект химической реакции , кДж/с;= KF?T - энергия теплообмена, кДж/с.
По закону сохранения энергии составим уравнение теплового баланса:
HFP + HСR = HFR + HTO
CpT0 - VCp273 + U?HUCRVr = VCpTк - VCp273 + KF?T, сократимHUCRVr = VCp(Tк - T0) + KF?T - уравнение политермы.= хкzA/(22.4t) - скорость реакции, кмоль/(мс), Vr = Vt - объем реактора, м, подставим в уравнение политермы:
хкzAVt?HUCR /(22.4t) = VCp(Tк - T0) + KF?T
В данном случае режим адиабатический, значит теплообмен с окружающей средой отсутствует, и слагаемое KF?T пропадает, тогда
хк?HUCR = 22.4Cp(Tк - T0)/ zA, отсюдак = T0 zA?HUCRхк/(22.4Ср) - уравнение адиабаты РПС, где знак + для реакции экзотермической, знак - для эндотермической реакции.
Совместное решение уравнений МБ и ТБ для РПС позволяет найти конечную степень превращения: =
Рассмотрим необратимую реакцию первого порядка, тогда = kPA = kPzA = kPzA(1 - x) -кинетическое уравнение реакции 1-го порядка, подставим в уравнение МБ и ТБ:
Для обратимой реакции первого порядка A ? D: = k1PA - k2PD = k1PzA - k2PzD = k1PzA(1-xk) - k2PzAxk = k1PzA(1-(k2+k1)xk/k1)= 0 при условии равновесия, тогда k1 = (k1 + k2)xr, значит U = k1PzA(1-xk/xr), выразив хк, получим: хк = xr22.4tk1P/(xr + 22.4tk1P). Система уравнений МБ и ТБ для обратимой реакции примет вид:
3. ПРОГРАММЫ
.1 Обоснование выбора адиабатического реактора для синтеза аммиака
Сравнивая работу ректоров идеального вытеснения и полного смешения в адиабатическом режиме при одном и том же времени, по графикам зависимостей и нашли значение степени окисления и температуры, на основе этих данных вычислили значение скорости реакции и получили, что скорость в РПС больше:
Возьмём ?рив= ?рпс=22.4с и найдём при этом значении времени x и T:
Получаем значения Хрив= 0.347 , Хрпс= 0.799.
Температуры находим по графику Трив= 880 К , Трпс = 1028 К.
Отсюда видно, что скорость в РПС больше скорости в РИВ, следовательно, за одно и тоже время в реакторе полного смешения будет достигаться большая степень превращения.
Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что для проведения синтеза необходимо выбрать реактор полного смешения.