Расчетная часть, Материальный баланс производства, Тепловой расчет аппарата - Проектирование химического реактора идеального смешения
Материальный баланс производства
Основанием для получения уравнения реактора любого типа является материальный баланс, составленный по одному из компонентов реакционной смеси. Составим такой баланс по исходному реагенту A при проведении простой необратимой реакции A > R. В общем виде уравнение материального баланса
BA(пр) = BA(расх),
Где ВА(пр) - количество реагента А, поступающего в единицу времени в тот реакционный объем, для которого составляется баланс; ВА(расх) - количество реагента А, расходуемого в единицу времени в реакционном объеме. Учитывая, что поступивший в реактор реагент А расходуется в трех направлениях, можно записать
ВА( ) ( ) () ( ) расх = ВА х. р + ВА ст + ВА нак,(1.3)
Где ВА( ) х. р - количество реагента А, вступающее в реакционном объеме в химическую реакцию в единицу времени; ВА( ) ст - сток реагента А, т. е. количество реагента А, выходящее из реакционного объема в единицу времени; ВА( ) нак - накопление реагента А, т. е. количество реагента А, остающееся в реакционном объеме в неизмененном виде в единицу времени. С учетом уравнения (1.3) уравнение (1.2) записывается в виде
ВА( ) ( ) () ( ) пр = ВА х. р + ВА ст + ВА нак. (1.4)
Разность между ВА( ) пр и ВА( ) ст представляет собой количество реагента А, переносимое конвективным по - током ВА( ) конв :
ВА( ) ( ) () конв = ВА пр ? ВА ст. (1.5)
Принимая это во внимание, уравнение (1.4) можно записать
ВА( ) ( ) () нак = ВА конв ? ВА х. р. (1.6)
В каждом конкретном случае уравнение материального баланса принимает различную форму. Баланс может быть составлен для единицы объема реакционной массы, для бесконечно малого (элементарного) объема, а также реактора в целом. При этом можно рассчитывать материальные потоки, проходящие через объем за единицу времени, либо относить эти потоки к 1 моль исходного реагента или продукта. В общем случае, когда концентрация реагента непостоянна в различных точках реактора или непостоянна во времени, материальный баланс составляют в дифференциальной форме для элементарного объема реактора: где CA - концентрация реагента А в реакционной смеси; x, y, z - пространственные координаты; щx щy щz, , - составляющие скорости потока; D - коэффициент молекулярной и конвективной диффузии; Ar - скорость хи - мической реакции. Левая часть уравнения характеризует общее изменение концентрации исходного вещества во времени в элементарном объеме, для которого составляется материальный баланс. Это - накопление вещества А, кото - рому соответствует величина ВА( ) нак в уравнении (1.6). Первая группа членов правой части уравнения отражает изменение концентрации реагента А вследствие переноса его реакционной массой в направлении, совпадающем с направлением потока. Вторая группа членов правой части уравнения отражает изменение концентрации реагента А в элементарном объеме в результате переноса его путем диффузии. Указанные две группы правой части уравнения характеризуют суммарный перенос вещества в движущейся среде путем конвекции и диффузии, в уравнении (1.6) им соответствует величина ВА( ) конв (такой суммарный перенос вещества называют конвективным массообменом, или конвективной диффузией). И, наконец, член Ar показывает изменение концентрации реагента А в элементарном объеме за счет химической реакции. Ему в уравнении (1.6) соответствует величина ВА( ) х. р. Применительно к типу реактора и режиму его работы дифференциальное уравнение материального баланса может быть преобразовано, что облегчает его решение. В том случае, когда параметры процесса постоянны во всем объеме реактора и во времени, нет необходи - мости составлять баланс в дифференциальной форме. Баланс составляют в конечных величинах, взяв разность значений параметров на входе в реактор и на выходе из него.
Все процессы, протекающие в химических реакторах, подразделяют на стационарные (установившиеся) и на нестационарные (неустановившиеся). К первым относят процессы, при которых в системе или в рассматриваемом элементарном объеме реакционной смеси параметры процесса (например, концентрация реагента А, температура и т. д.) не изменяются во времени, поэтому в реакторах отсутствует накопление вещества (или тепла) и производная от параметра по времени равна нулю. При нестационарных режимах параметры непостоянны во времени и всегда происходит накопление вещества (тепла).
Реактор полного смешения характеризуется тем, что любой элемент объема реагирующей смеси мгновенно перемешивается со всей средой, содержащейся в реакторе, так как скорость циркуляционных движений по сечению и оси аппарата во много раз больше, чем линейная скорость по оси. [2]
Полный смешение реактор конструкция
Приход:
- массовый расход ключевого реагента, пришедшего в реактор.
[кг/c]=[(м3/c)-(м3/кмоль)-(кг/кмоль)]
Расход:
- - массовый расход ключевого реагента, ушедшего из реактора. - массовый расход ключевого реагента в химической реакции.
[кг/c]=[(кмоль/м3-c)-(м3)-(кг/кмоль)]
По закону сохранения материи:
- уравнение материального баланса для реактора полного смешения.
Тепловой расчет аппарата
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)]
Расход:
Теплота физического расхода
[кДж/с]=[(м3/c)-(кДж/м3/град)-(град)]
- теплота теплообменника, где К-коэффициент теплопередачи
[кДж/c]=[(кДж/м2-c-град)-(м2)-(град)]
По закону сохранения энергии:
- уравнение политермы.
- уравнение адиабаты, то есть теплообмен с окружающей среды отсутствует.
- уравнение изотермы.[1]
Похожие статьи
-
Реакторами идеального (полного) смешения называются реакторы непрерывного действия, в которых осуществляется турбулентный гидродинамический режим. В них...
-
Исходные данные для расчета реакторов - Проектирование химического реактора идеального смешения
При выборе конструкции и определении размеров реактора необходимо принимать во внимание различные факторы и, прежде всего, располагать данными о скорости...
-
Теоретические основы процесса Реакторы смешения - это емкостные аппараты с мешалкой или циркуляционным насосом. Человечество давно пользуется...
-
Введение - Проектирование химического реактора идеального смешения
Промышленный химический процесс - это экономически и экологически целесообразное производство требуемого продукта из исходного сырья....
-
Таким образом, подбор реактора для конкретного химического процесса, его расчет, оптимизация конструкции и условий проведения -- задача очень сложная,...
-
Исходные данные Суммарная производительность по олефинам (этилен + пропилен), т/час 7,882 Сырье бутан технический Состав сырья, % об. Пропан 15,8 Бутан...
-
Данные для расчета: Основная реакция: (1) Побочные реакции: Рабочий объем катализатора - 24 м3. Расход оксида углерода и метанола на побочные продукты с...
-
Кинетика химических реакций - Концепции современного естествознания: химическая составляющая
Одна из особенностей химических реакций заключается в том, что они протекают во времени. Одни реакции протекают медленно, месяцами, как, например,...
-
Материальный баланс отделения пиролиза представлен в таблице 4.3. Таблица 4.3 - Материальный баланс отделения пиролиза Приход Расход Компонент % масс....
-
Воздух H2O H2O Сера SO2 SO2 SO3 H2SO4 Сера Пар Газы Серная печь, 2- котел-утилизатор, 3- контактный аппарат, 4- абсорбер РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА....
-
Модель Лефевра-Николиса описывает колебательные процессы в следующей цепочке химических реакций: Предполагается, что концентрации веществ A, B, D, E...
-
Составление химических уравнений, Расчеты по химическим уравнениям - Основные понятия и законы химии
Включает три этапа: 1. Запись формул веществ, вступивших в реакцию (слева) и продуктов реакции (справа), соединив их по смыслу знаками "+" и "®" : HgO ®...
-
Целью расчета насадочных абсорберов является определение диаметра (сечения) аппарата; определение высоты насадки (а также нахождение высоты аппарата);...
-
Ангидритным способом в лабораторных условиях Разложение фосфата серной кислотой проводим согласно уравнению реакции: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 > 3CaSO4(тв)...
-
Узел смешения. Определение температуры сырья на входе в печь Тепловой баланс узла смешения: Qподв = Qс, Где Qподв - подводимое тепло, кДж/ч; Qс - тепло...
-
Материальный баланс от аппарата к аппарату - Пиролиз углеводородного сырья
Составы выходящих потоков для составления баланса взяты из регламента производства. Таблица 4.2 - Материальный баланс от аппарата к аппарату Аппарат...
-
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ - Неограническая химия
Задание 4.1: 4.1.1. Проанализируйте данную Вам реакцию (табл. IV.1) и укажите, какой она является: гомогенной или гетерогенной. 4.1.2. Запишите...
-
Все аминокислоты, из которых состоят белки, являются" L-а-амино - (или имино-) кислотами. Они находят применение как пищевые добавки, приправы, усилители...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Рассмотрим реакцию между веществами А и В, протекающую по схеме: А А + в В = с С + d D Количественно зависимость между скоростью реакции и концентрациями...
-
Прототипом разработанной автором системы моделей служит "точечная" модель [1], представляющая собой пространственно осредненный вариант уравнений горения...
-
Чтобы осуществлялось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы (частицы) должны столкнуться. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает...
-
Цель расчета Целью технологического расчета колонны ректификации является составление материального баланса, расчет диаметра колонны, числа тарелок и...
-
В термодинамике понятие "энтропия" было введено Р. Клаузиусом (1865), который показал, что процесс превращения теплоты в работу следует общей физической...
-
Расход щепы: В/, м3/т Где: В - количество а. с.в волокна, подаваемого на пропарку, кг (из баланса воды и волокна) - В=1036,3995 кг. - плотность древесины...
-
Обозначим массовый расход дистиллята через GD кг/с, кубового остатка GW Кг/с, исходной GF кг/с. Из уравнений материального баланса ректификационной...
-
Расход теплоты на подогрев исходного раствора от температуры t'Нач до температуры tНач найдем по формуле (10), приняв значение теплоемкости раствора при...
-
Тепловой расчет установки, Расчет тепловой изоляции - Колонные аппараты
Расход тепла, отдаваемого охлаждающей водой в дефлегматоре-конденсаторе: Где rD - удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, Дж / кг Удельная...
-
ВВЕДЕНИЕ. - Получение серной кислоты
Химическое производство представляет собой сложную химико-технологическую систему (ХТС), сложность которой определяется как наличием большого количества...
-
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА - Неограническая химия
Задание 3.1. Запишите реакцию взаимодействия указанного по варианту элемента с кислородом. Используя приведенные в табл. III.1 данные, рассчитайте...
-
Введение - Производство нитратной кислоты АК-72. Анализ стадий переработки оксидов азота в HNO3
Азотная кислота - одна из важнейших минеральных кислот. По объему производства в химической промышленности она занимает второе место после серной...
-
Магнийорганические соединения. - Химический элемент Магний
Соединения магния с органическими кислотами. Ацетат магния Mg(CH3COO)2 - хорошо растворимое в воде соединение. Оксалат магния MgC2O4 - труднорастворимое...
-
УМЯГЧЕНИЕ И ОБЕССОЛИВАНИЕ ВОДЫ - Химические свойства и строение воды
Под умягчением воды подразумевается процесс удаления из нее катионов жесткости, т. е. кальция и магния. В соответствии с ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая"...
-
Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье - Основы химии
Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации. Влияние, которое оказывают эти факторы на...
-
Термодинамика - наука о взаимопревращениях различных форм энергии и законах этих превращений. Термодинамика базируется только на экспериментально...
-
В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов,...
-
Приготовление растворов - Расчеты при приготовлении водных растворов
Концентрация растворов Масса раствора состоит из массы вещества и массы воды, т. е. Концентрация раствора Для дезинфекции чаще всего используются...
-
Химическим равновесием называется такое состояние химической системы, при котором количества исходных веществ и продуктов не меняются со временем. 1....
-
В данном разделе речь идет об особом уровне развития химических знаний, на котором главенствующую роль играет структура молекулы реагента. Свойства...
-
Победа атомно-молекулярного учения - Естественнонаучные концепции развития химических знаний
В XIX в. четко определились два основных раздела химии: органическая и неорганическая. В конце столетия в самостоятельную отрасль оформилась физическая...
Расчетная часть, Материальный баланс производства, Тепловой расчет аппарата - Проектирование химического реактора идеального смешения