Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

ul. Częstochowska 140

62-800 Kalisz

Inżynieria Ochrony Środowiska

Piotr Wieliński

Grupa IVb

Studia dzienne

Semestr III

INFORMACJE OGÓLNE

Zaprojektować zbiornikowy reaktor przepływowy z mieszadłem łapowym, do przeprowadzenia katalizowanej reakcji izobutylobenzenu z chlorkiem acetylu.

Reaktor powinien umożliwiać 98% stopień przereagowania substratów które doprowadzone są do reaktora jako czyste substancje w ilościch stechiometrycznych.

Ze względu na duży efekt cieplny reakcji i wymaganą powierzchnie wymiany ciepła proponuje się reaktor z wydzielonym wymiennikiem ciepła ( wymiennik ciepła nie wchodzi w zakres tego projektu) .

Dane do projektowania zbiornikowego reaktora przepływowego:

∗ energia aktywacji: E = 4,1 • 10⁴ J/mol

∗ stała gazowa: R = 8,314 J/mol • K

∗ efekt cieplny reakcji: ΔH = 126 kJ/mol

∗ gęstość substratów: ρ_A = 960 kg/m³

ρ_B = 1050 kg/m³

∗ gęstość produktów: ρ_C = 990 kg/m³

∗ lepkość: η = 0,3 • 10^-3 Pa•s

∗ stała: A = 2,7 • 10³ m³/mol•s

∗ wydajność reaktora (strumień masy produktu): G = 0,17 kg/s

∗ temperatura początkowa substratu A i B: t_A = 50°C

t_B = 60°C

∗ temperatura reakcji: t = 9°C = 282K

∗ dno i pokrywa elipsoidalne

OBLICZENIA

1.Obliczenie sumarycznych objetości mieszaniny 1 mola

izobutylobenzenu i 1 mola chlorku acetylu:

V = V_A + V_B = M_A/ρ_A + M_B/ρ_B

M_A; M_B - masa molowa substratu A i B

M_A = 134 kg/kmol

M_B = 78 kg/kmol

V = 134kg•kmol^-1/960kg•m^-3 + 78kg•kmol^-1/1050kg•m^-3

V = 0,2138687 m³/kmol

2.Obliczenie steżeń - C_A0; C_B0; C_AK; C_BK:

C_A0 = C_B0 = V^-1

C_A0; C_B0 - początkowe stężenie substratu A i B

C_A0 = C_B0 = 1/0,2138687 m³

C_A0 = C_B0 = 4,6757 kmol/m³

C_A = C_AK = 0,02 • C_A0

C_B = C_BK = 0,02 • C_B0

C_A; C_B - stężenie substancji A i B

C_AK; C_BK - stężenie końcowe substratu A i B

C_A = C_AK = 0,093514 kmol/m³

C_B = C_BK = 0,093514 kmol/m³

3. Obliczenie strumienia masy substratów A i B:

L_A = M_A/M_C • G/0,98

L_B = M_B/M_C • G/0,98

M_C - masa molowa substancji C

L_A = 0,132072 kg/s

L_B = 0,0768781 kg/s

4. Obliczenie sumarycznego strumienia objętości substratów:

V = V_A + V_B = L_A/ρ_A + L_B/ρ_B

V = 0,000137575 m³/s + 0,000073217 m³/s

V = 0,000210792

V ≈ 0,0002 m³/s

5. Obliczenie stałej szybkości reakcji:

k = A_r • e^xp(-E/RT)

k = 2,7 • 10³ • e^{(-41000/8,314•282)}

k = 6,8684 • 10^-5m³/mol•s

6. Obliczenie teoretycznej objętości reaktora:

V_r = 2450 • V/k•C_A0

V_r = 2450 • 0,0002/6,8684 • 10^-5 • 4675,7

V_r ≈ 1,53m³

7. Obliczenie rzeczywistej objętości reaktora:

V_rz = 0,9 • V_r

V_rz = 0,9 • 1,53m³

V_rz = 1,377m³

V_rz ≈ 1,4m³

8. Dobór mieszalnika wg tab 7.1 - norma: BN-85/2225-19:

∗ Dla wyliczonej objętości rzeczywistej V_r dobieram z normy BN-

85/2225-19 objętość nominalną dla reaktora: V_n = 1,6m³.

∗ Po dobraniu V_n dobieram z normy BN-85/2225-19 średnicę

wewnętrzną korpusu reaktora D_w 1200mm.

9. Dobór dna elipsoidalnego oraz pokrywy wg tab. 7.2 - norma:

PN-75/M-35412:

∗ Obliczenie grubości ścianki dla dna i pokrywy elipsoidalnej:

g_pokrywy = g_dna = g_pd

g_pd = (0,005 ÷ 0,01) • D_w

g_pd = (0,005 ÷ 0,01) • 1200mm

g_pd = (6 ÷ 12)

Dobieram grubość dna i pokrywy na g_pd = 10mm.

∗ Po dobraniu grubości ścianki dla dna i pokrywy dobieram dno

i pokrywe dla D_w = 1200mm o następujących parametrach:

• h_w = 300mm = 0,3m

• V_pd = 226dm³ = 0,226m³

• h_c = 40mm = 0,04m

• m_pd = 132kg

• g_pd = 10mm

10. Obliczenie wysokości części cylindrycznej:

∗ Obliczenie całkowitej objętości dna elipsoidalnego:

V_cał.dna = V_cz.elip. + V_hc

• objętość elipsoidalnej: V_cz.elip. = 0,226m³

• obliczenie objętości części h_c:

V_hc = π(D_w)² /4 • h_c

V_hc = 3,14 • 1,44m²/4 • 0,04m

V_hc = 0,045m³

V_cał.dna = V_cz.elip. + V_hc

V_cał.dna = 0,226m³ + 0,045m³

V_cał.dna = 0,271m³

∗ Obliczenie objętości części cylindrycznej:

V_cz.cyl. = V_n - V_cał.dna

V_cz.cyl. = 1,6m³ - 0,271m³

V_cz.cyl. = 1,329m³

∗ Obliczenie wysokości części cylindrycznej:

V_cz.cyl. = π(D_w)²/4 • H_cz.cyl.

_⇓

H_cz.cyl. = 4 V_cz.cyl./π(D_w)²

H_cz.cyl. = 4 • 1,329m³/3,14 • (1,2m)²

H_cz.cyl. = 1175mm = 1,175m

11.

7

---