3.2-6. В каскаде из трех реакторов равного объема проводится жидкофазная реакция A-R + Q при температуре 368 К. Тепловой эффект реакции равен 1,67-10 Дж/кг Константа скорости реакции, с~, описывается уравнением к = 4-10ехр(-7900/7). Произведение рСр = = 4,2-10 Дж/фад остается постоянным и не зависит от степени превращения и температуры. Исходная концентрация вещества А в потоке равна 1 кмоль/м^, молярная масса вещества А - 100 кг/кмоль, производительность каскада по продукту R - 0,375-10 кмоль/с, требуемая степень превращения вещества А - 0,95. Первый реактор каскада работает в адиабатическом режиме, второй и третий - с отводом теплоты. Температура реакционной смеси падает в трубопроводах между первым и вторым реактором на 3 град, а между вторым и третьим - на 5 фад. Коэффициент теплопередачи во втором и фетьем реакторе от реакционной смеси к охлаждающей воде равен 11000 Вт/(м2-К). Температура охлаждающей воды в теплообменниках второго и третьего реакторов составляет 288 К.

Определить: поверхность теплообмена во втором и третьем реакторах каскада; необходимую температуру смеси на входе в первый реактор каскада; объем единичного реактора каскада. Показать, что первый реактор каскада работает в устойчивом режиме.

3.2-7. Газовая смесь поступает в реактор со скоростью 2,5-10 кмоль/с~. Начальная температура смеси - 833 К, давление - 5-10 Па, диамеф реактора - 0,2 м. В реакторе адиабатически протекает химическая реакция А + В = R -ь бр. Состав исходной смеси в молярных долях, %, следующий: 40 - вещества А, 40 - вещества В и 20 - инертных газов. Теплоемкости исходных реагентов, продуктов реакции и инертных газов соответственно равны 25103, 42-103, 21-103 Дж/( кмоль-К). Тепловой эффект реакции при температуре 278 К составляет 53,3-10 Дж/кмоль. Зависимость константы скорости от температуры:

3.2-5. Жидкофазный процесс, описываемый параилельно-последова-тельной реакцией

A-A R S А-Р,

осуществляется в проточном реакторе идеального смешения. Константы скорости, с~, реакции: = 10ехр[-64000/(Л7)]; к2 = = 10 ехр[-80000/(Л7)]; к^ = 10[-40000/(Л7)].

Определить оптимальную температуру, при которой будет достигнут максимальный выход продукта R, если требуемая степень превращения исходного вещества составляет I

Т,К 778 805 834 860 890

А:, мЗ/(кмоль-с) 1,355 2,64 5,2 10,15 19,4

Определить необходимую длину реактора для достижения степени превращения по веществу А равной 95%.

3.2-8. В проточном реакторе идеального смешения объемом 2 м^ проводится необратимая экзотермическая реакция с константой скорости, с , описываемой уравнением к= 102ехр[-90000/(/?7)]. Теплоемкость реакционной смеси равна 20790 Дж/(кг-К) и не зависит от температуры и степени превращения. Плотность реакционной смеси остается постоянной и равной 1000 кг/м^.

Исходный реагент с концентрацией 6 кмоль/м^ подается в реактор со скоростью 5 м^/ч. Тепловой эффект реакции равен 96600 Дж/моль. Температура в реакторе не должна превышать 333 К.

Рассчитать, при какой температуре следует подавать исходный раствор, чтобы процесс протекал в адиабатическом режиме.

3.2-9. В реакторе идеального вытеснения, работающем в адиабатическом режиме, протекает необратимая экзотермическая реакция первого порядка.

Определить минимальную температуру, которую необходимо поддерживать на входе в реактор, чтобы обеспечить устойчивый режим работы, если тепловой эффект реакции равен 13500 Дж/моль, а удельная теплоемкость реакционной смеси = 145 Дж/(моль-К). Связь степени превращения и температуры представлена следующими данными:

x 0,1 0,25 0,58 0,72 0,88 0,9

Г, К 283 293 303 313 323 333

3.2-10. В реакторе идеального смешения объемом 0,3 м^ проводится экзотермическая реакция первого порядка А - R + Q. Константа скорости реакции, мин~, описывается уравнением к= 103ехр[-20000/(Л7)]. Тепловой эффект реакции составляет 9637 кДж/кмоль. Плотность реакционной массы не зависит от степени превращения и равна 420 кг/м^, удельная теплоемкость раствора - 3,98 кДж/(кг-К). Раствор реагента А подается с концентрацией 6 кмоль/м^ в количестве 0,6 м^/ч.

Рассчитать, при какой температуре следует подавать исходный раствор компонента А в реактор, работающий в адиабатическом режиме, чтобы температура в нем не превышала 60 °С.

3.2-11. Определить максимальную производительность установки, состоящей из двух реакторов, соединенных последовательно: реактора

идеального смешения объемом 0,6 м^ и реактора идеального вытеснения объемом 0,1 м^, при проведении реакции 2А-> R -Ь Q. Константа скорости реакции, м^/Скмольс), описывается уравнением к = = 4- 10ехр(-8000/7). Концентрация реагента А в исходном потоке равна 0,5 кмоль/м^. Исходная температура потока составляет 20 °С, адиабатический разогрев - 60 °С, требуемая степень превращения - 0,96. Установка работает в адиабатическом режиме.

3.2-12. В реакторе идеального вытеснения проводится реакция А -Ь В = R -ь S -ь 0р в адиабатическом режиме. Концентрации веществ А и В в исходных потоках равны 2,4 кмоль/м^. Общий расход реакционной смеси составляет 1,55-10~з mVc, начальная температура потока - 20 °С, температура реакционной смеси на выходе из реактора - 53 °С. Константа скорости реакции, мЗ/(кмоль-с), описывается уравнением

A:=6,52105exp(-5,110V7).

Определить объем реактора, необходимый для достижения степени превращения по веществу А равной 0,82.

3.2-13. Определить температуру проведения реакции и степень превращения, которые будут достигнуты, если реакцию A-R+ проводить в адиабатическом режиме в реакторе идеального смешения объемом 0,05 м^. Объемный расход реагента А с концентрацией 3 кмоль/м^ равен 1,75-103 mVc, константа скорости реакции, с~, описывается уравнением А;= 10ехр[-45300/(Л7)]. Тепловой эффект реакции составляет 2,8-10 Дж/кмоль. Плотность реакционной смеси равна 524 кг/м^, а теплоемкость - 1200 Дж/(кг-К) и не зависят от степени превращения. Температура входящего потока - 325 К.

3.2-14. В реакторе идеального вытеснения объемом 1,26 м^, работающем в адиабатических условиях, проводится реакция первого порядка 2А = R -ь 0р с константой скорости, с', описываемой уравнением к = 10Зехр(-1200/7). В реактор подается поток с концентрацией вещества А равной 3,2 кмоль/м^ при 325 К. Температура реакционной смеси на выходе из реактора составляет 357 К, тепловой эффект реакции - 2,7-10 Дж/кмоль, теплоемкость реакционной смеси -2,2-10 Дж/(кгК), плотность реакционной смеси - 850 кг/м^. Определить производительность реактора по продукту R.

3.2-15. Необратимую экзотермическую реакцию А -> R -Ь Qc тепловым эффектом равным 210 Дж/кмоль проводят в адиабатическом реакторе идеального смешения объемом 10 м^. Константа скорости, с~, описывается уравнением к = 10Зехр(-12000/7). Плотность раствора