Анализ зависимости реактора полного смешения от его объема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Часть I:

1. Материальный баланс

2. Равновесие технологических процессов

3. Скорость технологического процесса

а) зависимость скорости от температуры

б) зависимость скорости от давления

в) влияние температуры на скорость обратимой экзотермической реакции

г) зависимость скорости от степени превращения

4. Реактор полного смешения

Часть II:

1. Расчет материального баланса реактора

2. Кинетика реактора

3. Химическое равновесие реактора

4. Расчет реактора.

Заключение

Список литературы

Введение

Одним из основныхэлементов любой химико-технологической системы является химический реактор. Химическим реактором называется аппарат, в котором осуществляются химические процессы, сочетающие химические реакции с массо- и теплопереносом.

Основные требования к промышленным реакторам:

1). Максимальная производительность и интенсивность работы

2). Высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса

3). Минимальные энергетические затраты на перемешивание и транспортировку материалов через реактор, а также наилучшее использование теплоты экзотермических реакций или теплоты, подводимой в реактор для нагрева реагирующих веществ до оптимальных температур.

4). Легкая управляемость и безопасность работы

5). Низкая стоимость изготовления реактора и ремонта его

6). Устойчивость работы реактора при значительных изменениях основных параметров режима

Целью данной курсовой работы является научиться проводить анализ зависимости реактора полного смешения от его объема. В ходе работы мы проводим расчет материального баланса химического реактора, в котором проводится процесс синтеза аммиака, изучаем зависимости скорости процесса от степени превращения, температуры, давления; знакомимся с состоянием равновесия системы.

Часть I.

1. Материальный баланс

Материальный баланс - вещественное выражение закона сохранения массы вещества, согласно которому по всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших во взаимодействие, равна массе веществ, образовавшихся в результате взаимодействия. Применительно к материальному балансу любого технологического процесса это означает, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию - приход, равна массе полученных веществ - расходу. Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций.

Материальный баланс непрерывно действующих проточных реакторов составляется, как правило, для установившегося ( стационарного ) режима, при котором общая масса веществ, поступивших в аппарат за данный период времени, равна массе веществ, вышедших из аппарата. Количество же всех веществ в аппарате постоянно, т. е.накопления или убыли суммарного количества веществ не происходит.

2. Равновесие в технологических процессах

Химические процессы делятся на обратимые и необратимые. Необратимые -протекают лишь в одном направлении. Химические реакции, как правило, обратимы лишь в том отношении, что в зависимости от условий они могут протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Однако в типичных производственных условиях многие реакции практически необратимы. В гетерогенных системах обратимыми называют такие процессы, в которых возможен переход вещества или теплоты как из одной фазы во вторую, так и обратно.

Все обратимые химико-технологические процессы стремятся к равновесию, при котором скорости прямого и обратного процессов уравниваются, в результате чего соотношение компонентов во взаимодействующей системе остается неизменным, пока не изменятся внешние условия. При изменении же температуры, давления или концентрации одного из компонентов равновесие нарушается, и в системе самопроизвольно происходят диффузионные и химические процессы, ведущие к восстановлению равновесия в новых условиях.

Влияние основных параметров технологического режима на равновесие в гомогенных и гетерогенных системах определяется принципом Ле Шателье. Согласно принципу Ле Шателье в системе, выведенной из состояния равновесия, происходят изменения, направленные к ослаблению воздействий, выводящих систему из равновесия.

Константа равновесия служит для количественного изменения подвижного равновесия.

Скорость прямой реакции

u₁=k₁*[A]^a*[B]^b,

а скорость обратной

u₂=k₂*[C]^c*[D]^d,

где k₁ и k₂-константы скорости прямой и обратной реакций,

[A],[B],[C],[D]-молярные концентрации реагирующих компонентов в данный момент.

Константа равновесия вычисляется как отношение константы скорости прямой реакции к обратной при равновесии, т. е при равенстве u₁=u₂

K=k₁/k₂=[C]^c*[D]^d/[A]^a*[B]^b

3. Скорость технологических процессов

Скорость технологического процесса по целевому продукту есть результирующая скоростей прямой, обратной и побочных реакций, а также диффузии исходных веществ в зону реакции и продуктов из этой зоны. В обратимых процессах u---0 при u₁ = u₂.т е при достижении равновесия.

а)зависимость скорости от температуры

Увеличение константы скорости процесса может достигаться повышением температуры взаимодействующей системы. Повышение температуры приводит к сильному увеличению констант скоростей реакции и в меньшей степени к увеличению коэффициентов диффузии. В результате суммарная скорость любого процесса увеличивается при повышении температуры до некоторого предела, при котором большое значение приобретают скорости обратной или побочных реакций.Влияние теипературы реагирующих масс на константу скорости реакции для большинство процессов, идущих в кинетической области, определяется уравнением Аррениуса

k=k₀ *e^-E/RT,

где k,k₀ -константы скорости реакции при соответствующих абсолютных температурах, Е - энергия активации реагирующих веществ,R-молярная газовая постоянная

Зависимость константы скорости от температуры

б)зависимость скорости от давления

Согласно принципу Ле Шателье: для реакций, идущих с уменьшением объема, константа равновесия увеличивается, а равновесные концентрации исходных компонентов соответственно уменьшаются. Обратное явление происходит при повышении давления для реакций, идущих с увеличением объема. Для обратимых газовых реакций, протекающих с уменьшением объема, скорость реакции и выход продукта будут возрастать с повышением давления за счет увеличения действительных концентраций компонентов и понижения равновесных парциальных давлений, т е сдвига равновесия в сторону продукта.

Зависимость скорости эндотермической реакции отдавления

Зависимость скорости экзотермической реакции от давления

в)влияние температуры на скорость обратимой экзотермической температуры.

Согласно уравнению Аррениуса, скорость растет с увеличением температуры. Суммарная скорость реакции определяется скоростью прямой и обратной реакции. Для всех обратимых экзотермических процессов с повышением температуры уменьшается константа равновесия, соответственно снижается равновесный выход продукта. При некотором повышении температуры кинетика процесса вступает в противоречие с термодинамикой процесса и тогда не смотря на повышение скорости выход ограничивается равновесием.

Зависимость скорости эндотермической реакции оттемпературы

г) Зависимость скорости от степени превращения

Степень превращения - отношения количества вещества, которое прореагировало по уравнению реакции, к тому количеству вещества, которое было подано в реактор.

Эндотермическая реакция

Экзотермическая реакция

4. Реактор полного смешения ( РПС )

Проточный реактор полного смешения представляет собой аппарат, в котором интенсивно перемешиваются реагенты, например при помощи мешалки. В него непрерывно подаются реагенты и непрерывно выводятся продукты реакции. Поступающие в такой реактор частицы вещества мгновенно смешиваются с находящимися в нем частицами, т. е. равномерно распределяются в объеме аппарата. В результате во всех точках реакционного объема мгновенно выравниваются параметры, характеризующие процесс: концентрации, степени превращения, скорости реакции, температуры и другие.

Характеристическое уравнение, позволяющее определить время превращения ключевого вещества до заданной степени превращения

Т_п = Z_А*Х_А/i*U_А(Х_А), где

Z_А - концентрация ключевого вещества,

Х_А - конечная степень превращения на выходе из реактора,

I - коэффициент согласования числителя и знаменателя,

U_А - скорость реакции по веществу А, которая взята при конечной степени превращения

масса равновесие константа реакция вещество

II. Практическая часть

1.Материальный баланс

2. Кинетика

Заключение

В результате проделанной работы мы научились анализировать зависимость производительности реактора от его объема, изучили зависимость скорости реакции от разных параметров, таких как температура, давление, степень превращения, а также зависимость равновесных параметров от температуры и давления.

Список использованной литературы

1. И.П. Мухлёнов, А.Я Авербух, Е.С. Тумаркина, И.Э. Фурмер. Общая химическая технология. Высшая школа, 1984 г.

2. Лекции Е.И. Довкиной

Размещено на Allbest.ru