реактор-котел непрерывного действия


Задание
Рассчитать и выбрать стандартизованный реактор-котел непрерывного действия для проведения химической реакции в жидкой среде по следующим исходным данным:
• исходные вещества и продукты реакции (стехиометрическое уравнение);
• производительность по продукту (С) G;
• степень превращения χ;• коэффициенты избытка реагентов А и В κА, κВ;• концентрации исходных веществ в растворах хА, хВ;
• плотность реагентов и продуктов реакции ρА, ρВ, ρС, ρD;
• температура реакции tр.
Рассчитать материальный баланс, определить тепловой эффект реакции и тепловую нагрузку реактора, выполнить кинетические расчеты и выбрать типоразмер реактора-котла [1, стр. 281]. Проверить реактор на тепловую нагрузку, при необходимости выдать рекомендации по обеспечению расчетного теплового потока.
Температуру реакции принять 80 °С. Константу скорости реакции рассчитать по уравнению Аррениуса по заданным значениям коэффициента пропорциональности
κ0 и энергии активации химической реакции Е. Коэффициент избытка для реагента А принять κА =1, для реагента В - κВ=1,08.Допускается принимать к установке несколько реакторов для параллельной работы.
Примеры расчета
Составим материальный баланс реактора-котла непрерывного действия для получения сульфата никеля путем взаимодействия гидроокиси никеля с серной кислотой по реакции вида
Ni(OH)2 + H2S04 = NiS04 +2Н20.
Производительность установки G=1,8 т/сут. по безводному NiS04. Степень превращения χ=0>85. Концентрации исходных реагентов в водных растворах: №(ОН)г - хА =20%; H2S04 - хв =30%.
Реагент Ni(0H)2 принять без избытка (&д =1,0), реагент H2SO4 - с избытком 10% (κВ=1,1). Плотность чистых компонентов принять (кг/м3):
ρА=4100; ρB=1834; ρC=3680; ρD=1000.
Решение. Расчет выполним на 1т готового продукта (mC=1000 кг).
Молекулярные массы компонентов реакции (кг/кмоль):
МА=93; MB=98; MC=155; MD=18.
Массы веществ А, В и D по стехиометрии:



Массы реагентов А и В должны быть увеличены с учетом степени превращения :
Избыточные массы непрореагировавших веществ А и В:

Поступление воды с растворами исходных веществ:
• с реагентом А:

• с реагентом В:

• всего воды на входе

Расход воды с продуктами реакции

Количества вещества реагентов на входе


Количества вещества компонентов на выходе:

Результаты расчетов сводим в табл. 7.3.
Плотность реакционной смеси по условиям выхода


Объем реакционной смеси на 1 т продукта

Таблица 7.3
Материальный баланс реактора
Приход Расход
Компо- mi, xi, ni, Компо- mJ, xJ, nJ,
ненткг/т % кмоль/т ненткг/т
% кмоль/т
№(ОН)2 H2SO4 Н2O 706
818
4733 11,28 13,07 75,64 7,59
8,35 NiSO4
Ni(OH)2
Н2SO4 1000
106
186 15,98
1,69
2,97 6,45
1,14
1,90
Н2O 4965 79,35 Всего Всего (Σmj) 6257 100 (Σmj) 6257 100 Концентрации реагентов на выходе


Объемный расход реакционной смеси

Расход реагентов (на 100% - ное вещество)


Пример 7.2. По данным примера 7.1 рассчитать скорость химической реакции и объем реактора, если константа скорости реакции суммарного второго порядка составляет κр=5,76∙10-4 м3/(кмоль∙с).
Решение. Скорость химической реакции, согласно уравнению (7.20), для режима идеального смешения

При начальной концентрации реагента А
время, необходимое для реакции,

Приняв коэффициент заполнения реактора <р =0,75 и коэффициент резерва мощности а=0,15, найдем номинальный объем реактора по формуле (7.24):

Из табл. 7.2 выбираем стандартизованный реактор объемом V = 5 м3, диаметром D= 1,8 м, с площадью поверхности рубашки F= 12 м , высотой уровня жидкости Hж= 1,63 м (при φ=0,75).
Пример 7.3. По данным примера 7.1 рассчитать тепловой поток, обусловленный тепловым эффектом реакции. Температура реакции tр=80oС.
Решение. По справочным данным [18, 57] теплоты образования при стандартных условиях реагентов и продуктов реакции получения сульфата никеля следующие (в кДж/моль):
Ni(OH)2 ΔHo298=
H2SO4 ΔHo298=
NiSO4 ΔHo298=
H2O ΔHo298=
Согласно уравнению (7.16), тепловой эффект данной реакции составит

Учитывая пренебрежимо малое изменение теплоемкостей веществ при нагревании их до температуры 80 °С, поправку теплового эффекта можно не рассчитывать. Тогда, согласно соотношению (7.18), удельная теплота реакции, отнесенная к одному киломолю продукта (NiSO4), составит

где с=1 - стехиометрический коэффициент при продукте реакции С.
Расход вещества продукта

Тепловой поток в реакторе от химической реакции (7.14)


Приложенные файлы

  • docx 6158658
    Размер файла: 64 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий