Przepywowy reaktor zbiornikowy pracujcy w warunkach adiabatycznych
1. Wprowadzenie
W reaktorze tym zwizek pomidzy stopniem konwersji A, szybkoci zasilania V, objtoci reaktora V, steniem pocztkowym reagenta Cao oraz szybkoci reakcji rA okrela nastpujce równanie
(1)
Dla staej objtoci reaktora V i nie zmienionej szybkoci zasilania V, stosunek V CAo/V = FAo/V jest wspóczynnikiem kierunkowym prostej poprowadzonej w ukadzie rA = f(A). Z przecicia si linii rA = f(A) dla staej temperatury z lini ruchow o nachyleniu FAo/V poprowadzon na podstawie równania bilansowego (1) otrzymuje si wartoci osiganego stopnia konwersji A. Ilustruje to rys. 1.
rA (b)
(a) tg = Fao/V
A
Rys. 1. Zaleno rA = f(A) , (a) - linia kinetyczna , (b) - linia ruchowa
Dla reakcji przebiegajcej z efektem cieplnym, oprócz równania bilansu materiaowego, musi by take spenione równanie bilansu cieplnego. Bilans cieplny reaktora przepywowego z idealnym mieszaniem mona odnie do jednego z reagentów, na przykad skadnika limitujcego A lub do poszczególnych strumieni. W obu przypadkach naley oprze si na tym samym ogólnym równaniu bilansowym.
ilo ciepa ilo ciepa ilo ciepa
= + +
doprowadzonego odprowadzonego zakumulowana
ilo wydzielona
+ przez reakcj
ciepa pochonita
lub w formie wzoru
(2)
gdzie QA - ilo ciepa dostarczonego do ukadu
T1 - temperatura surowca,
T2 - temperatura na wyjciu z reaktora,
CpA - rednie ciepo waciwe strumienia nieprzereagowanych substratów na
1mol reagenta A,
CpA - rednie ciepo waciwe strumienia cakowicie przereagowanej
mieszaniny poreakcyjnej na 1 mol reagenta A
Hr1 - ciepo reakcji w temperaturze T1.
Zero w powyszym równaniu wynika std, e do analizy przyjmuje si reaktor pracujcy w warunkach ustalonych, a wic brak jest akumulacji ciepa w ukadzie.
Z definicji ciepa waciwego wynika, e zaley ono od rozcieczenia ukadu, a ilociowy zwizek midzy tymi wartociami oraz ciepem waciwym strumieni mieszaniny skadników surowca i produktu ma posta:
(3)
gdzie Cps - ciepo waciwe strumienia surowca,
Cpp- ciepo waciwe strumienia cakowicie przereagowanej mieszaniny
poreakcyjnej,
- gsto surowca (s), produktu (p).
Po przeksztaceniu równania (2)
(4)
Po uwzgldnieniu ciepa reakcji od temperatury
(5)
otrzymuje si
(6)
gdzie:
Vi - wspóczynnik stechiometryczny i-tego skadnika reakcji,
Cpi (T) - zaleno ciepa waciwego i-tego skadnika reakcji od temperatury.
Dla warunków adiabatycznych ilo ciepa wymieniana z otoczeniem QA = 0. Wzór (6)przybiera zatem posta
(7)
Bardzo czsto zakada si równo ciepa waciwego substratów i produktów reakcji oraz ich niezalenoci od temperatury
C”pA" C'pA = CpA , "Cp = 0
std
Hro " Hr1 " Hr2 = H
W ten sposób otrzymuje si proste równanie
(8)
oraz dla warunków adiabatycznych
(9)
Równanie (9) przedstawiajce wspózaleno midzy A a temperatur wyprowadzono na podstawie bilansu cieplnego reakcji. Wskazuje ono na prostoliniow zaleno A co pokazano na rys.2.
A
Hr > 0 Hr < 0
T1 T
Rys. 2 Zaleno A od T dla reaktora przepywowego adiabatycznego QA = 0
Dla warunków adiabatycznych proste staj si tym bardziej strome, im mniej stony jest surowiec. Jest to spowodowane tym, e ciepo reakcji „rozchodzi si” na wiksz mas mieszaniny reakcyjnej, dlatego jej temperatura zmienia si w mniejszym stopniu.
Nachylenie tych linii jest okrelone wspóczynnikiem
Dla reakcji egzotermicznych wspóczynnik ten bdzie mia warto dodatni, dla endotermicznych - ujemn. Pionowa linia przedstawia szczególny przypadek reakcji izotermicznej, tj. reakcji przebiegajcej bez efektu cieplnego.
Inn wspózaleno midzy A a temperatur T mona uzyska na podstawie bilansu materiaowego reaktora
(10)
Znalezienie odpowiedniego stopnia konwersji dla reakcji przebiegajcej z efektem cieplnym sprowadza si do rozwizania ukadu dwóch równa, tj. równania bilansu materiaowego (10) i równania bilansu cieplnego (8) lub (9). Mona tego dokona za pomoc metody graficznej lub metodami numerycznymi.
Przecicie obu linii na wykresie wyznacza osigany stopie konwersji. Moe tu wystpi nie jedno, lecz kilka rozwiza, co pokazano na rys. 3.
A
K
T
Rys. 3 Rozwizanie równa bilansu cieplnego i materiaowego dla reakcji
egzotermicznej nieodwracalnej .
Na rysunku 3 zilustrowano takie pooenie linii bilansu cieplnego, którego zapewnia wystpienie 3 moliwych rozwiza rozpatrywanego ukadu równa. Jest to przypadek najbardziej interesujcy pod wzgldem teoretycznym oraz praktycznym, poniewa wie si z tzw. stabilnoci pracy reaktora. Stan K2 jest nietrway i przy maej zmianie temperatury przechodzi w stan K3, tj. stan waciwego przebiegu reakcji, lub K1 - czyli w stan wygaszania reakcji.
Wypywa std praktyczny wniosek: w celu uniknicia pracy w niestabilnym zakresie temperatur, w którym jest pooony punkt K2, naley „najeda” reaktor od wyszych temperatur przez dostarczenie do ukadu chwilowego impulsu cieplnego (podgrzanie).
2. Cel wiczenia
Celem wiczenia jest wyznaczenie rzeczywistego stopnia konwersji A rzecz dla temperatury T2, jaka ustali si w reaktorze przelewowym pracujcym w warunkach adiabatycznych, a nastpnie porównanie tej wielkoci z A obliczonym ze wzorów teoretycznych.
3. Aparatura
Aparatura dowiadczalne jest taka sama jak w punkcie 1.9. Odmienny jest tylko reaktor, zbudowany z naczynia Dewara w celu zapewnienia adiabatycznego procesu.
4. Metodyka pomiarów
Na wstpie naley wczy termostat i ustali wymagan temperatur w wymiennikach termostatujcych. rubami mikrometrycznymi ustawi na pompce tokowej podane przez prowadzcego wiczenia natenia przepywu surowców, po czym wczy je i prowadzi proces a do ustalenia si temperatury w reaktorze. Podczas wykonywania eksperymentu naley co 5 minut odczytywa temperatur w reaktorze (T2). Dowiadczenie mona uzna za skoczone, jeeli kolejne dwa odczyty temperatury bd miay t sama warto. Mierzy si wtedy przewodnictwo roztworu znajdujcego si w reaktorze.
5. Opracowanie wyników pomiarów
W reaktorze zachodzi modelowa reakcja hydrolizy bezwodnika octowego
(CH3O)2O + H2O _! 2 CH3COOH
Hr298 = -58490 J/mol.
Z bezporednich pomiarów uzyskuje si temperatur T2 w reaktorze oraz przewodnictwo roztworu 1/R. Dla tej ostatniej wartoci z krzywej cechowania elektrod znajduje si stenie utworzonego podczas reakcji kwasu octowego. Opracowanie wyników polega na obliczeniu dowiadczalnego stopnia konwersji
(11)
przy czym
(12)
gdzie CA kw - stzenie kwasu w mieszaninie poreakcyjnej,
A - gsto bezwodnika octowego,
MA - masa czsteczkowa bezwodnika octowego
VA - natenie przepywu bezwodnika octowego,
VH2O - natenie przepywu wody,
oraz obliczenie teoretycznego stopnia konwersji
(13)
przy czym Cp - ciepo waciwe mieszaniny poreakcyjnej,
miesz. - gsto mieszaniny poreakcyjnej.
Dane z pomiarów i oblicze zestawi si w tabeli 1.
Tabela 1
Wyniki pomiarów i oblicze
Temperatura surowców .....................................K
Szybko dozowania - VA.................................dm3/s
VH2O..............................dm3/s
Stenie pocztkowe CAo................................mol/dm3
Czas |
Temperatura w reaktorze |
Opór roztworu w reaktorze |
Stenie kwasu |
A,dowiad. |
A,obliczone |
s |
K (OC) |
|
mol/dm3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Reaktor przepływowy pracuj±cy izotermicznie (2), 1
Fwd Tabis reaktory all, Reaktor zbiornikowy, zadania, Reaktor zbiornikowy
Gospodarka wodna, Plany dyspozytorskie zbiorników retencyjnych w warunkach powodziowych
Analiza stateczności wewnętrznej powłoki walcowego pionowego zbiornika dwupłaszczowego w warunkac(1)
pwsz kalisz PROJEKT zbiornikowego reaktora przepływowego = PROCESY jednostkowe, inżynieria ochrony ś
reaktor przepływowy - izomeryzacja G-F - instrukcja, Materiały Na Studia
2. reaktory-Test, Studia, Projekt - materialy konstrukcyjne, 27. Zbiorniki
instrukcja reaktory przepływowe-izomeraza[2011], [3] Izomeraza glukozowa
Bateria reaktorów przepływowych z idealnym mieszaniem (5), 1
Reaktor JÄ…drowy
Reaktory jÄ…drowe
Doświadczalny reaktor EBR 1
LM Pracuj spec Analityk finansowy
LM Pracuj spec Referent
hydraulika reaktorów, Inżynieria Środowiska, Przydomowe oczyszczalnie ścieków, projekt, Przydomowe o
LM Pracuj spec Programista
więcej podobnych podstron