Reaktory rurowe (PFR) z reakcjami ze zmianą objętości
Obowiązuje znajomość odpowiednich równań przedstawionych na zaj. 1
Zad. 1.
Rozważ elementarną reakcję N2O4 <==> 2NO2 w fazie gazowej w reaktorze PFR w warunkach izotermiczno-
izobarycznych. Przeprowadz
symulację pracy reaktora zasilanego strumieniem czystego N2O4 w ilości 0.72 mol/s o
stężeniu 0.072 mol/m3, przyjmując stała szybkości reakcji k=0.4 oraz stałą równowagi Kc = 0.06. Jaka jest
konwersja równowagowa? Po jakim czasie osiągnie się 90% konwersji równowagowej?
Zad. 2. (rozkład etanolu)
Rozkład etanolu C2H5OHą� C2H4+H2O przebiega w reaktorze tłokowym (PFR) w 423K i stałym ciśnieniu
p=2atm. Reakcja przebiega wg modelu ra=0.52�A2 [mol/(dm3�s)]. Reaktor zasilany jest przez strumień czystego
składnika v0=10dm3/s. Znalez
ć obj. reaktora przy 50% konwersji
Wskazówka:
- reakcja przebiega ze zmianą objętości (bilans, tabela)
A ą� B + C
A B C Ftotal
t=0 FA0 0 0 FA0
t FA FA0-FA FA0-FA 2FA0-FA
Zad. 3
Reakcja nieodwracalna A ą� B + 2C przebiega izotermicznie w reaktorze PFR (bez spadku ciśnienia). W
strumieniu zasilającym reaktor obok substratu A jest również inert. Objętość reaktora wynosi V = 200 dm3, a
strumień objętościowy 10 dm3/min. Stała szybkości k = 0.08 min-1.
A) Określić konwersję w funkcji objętości reaktora dla przypadku zasilania go czystym składnikiem A o
stężeniu 1.0 mol/dm3. Rozważ również przypadek strumień zasilający zawiera tylko 5% A (reszta to inert)
B) Wykonaj to samo dla reakcji 3A ą� B. Wszystkie dane jak w p.(A)
C) Przedyskutuj rozwiązania z p. (A) i (B), tj. wpływ stężenia i stechiometrii reakcji
Zad. 4.
a) Reakcja I rzędu, Aą� 2.5B przebiega w reaktorze okresowym. Przy stałym ciśnieniu 2 atm i obecności 20%
składników inertnych w czasie 20 min zaobserwowano 60% wzrost objętości. Policzyć stałą szybkości
reakcji k.
A ą� 2.5B V*rA= -d(NA)/d(t) oraz rA=k*A = k*NA/V
Czyli -d(NA)/d(t) = k*NA lub d(NA)/NA = -k*t NA=NA0*exp(-k*t)
do rozw. proste równanie: f(k)=0= NA - NA0*exp(-k*t)
A B inerty Razem (N)
t=0 NA0 0 NI0=0.2(NA0+ NI0) N0=NA0+ NI0= 1.25NA0
NI0=0.25NA0
t NA 2.5(NA0-NA) NI0 = 0.25NA0 N=2.75NA0  1.5NA
Jeśli p = const to dla gazu doskonałego:
2.75�� NA0 -� 1.5NA NA
V N
2.2-� 1.2��
V0 N0 1.25�� NA0 NA0
stąd w zależności od potrzeb wyznaczamy
NA=f(V) lub V=f(NA)
b) Znajdz
czas, w którym ciśnienie w reaktorze osiągnie wartość 8 atm jeśli początkowe wynosiło 5 atm, w
tym 2 atm stanowiły inerty, a reakcja przebiega w stałej objętości
A B inerty Razem (N)
t=0 NA0 0 NI0=? N0 = NA0+ NI0= ?
t NA 2.5(NA0-NA) NI0 = ? N = ?
3.167NA0 -� 1.5�� NA
��
8 p N
5 p0 N0 1.667NA0
��
Dla V=const oraz NA=NA0*exp(-k*t
Po skróceniu NA0 pozostaje do rozwiązania proste równanie