W Г -*0 АО- CrO

- исх' -А.исх

*рец' ar

Р с. 4.14. Схема реакционного узла с полным рециклом:

См - смеситель, Р - реактор

4.2-24. Жидкофазная необратимая реакция 2А -> В с константой скорости к = 5,110~з мЗДкмольс) проводится в реакторе смешения объемом 0,8 м^. Концентрация вещества А в исходном потоке равна 1,65 кмоль/м^. Проанализировать, как введение рецикла (рис. 4.14) может повлиять на степень превращения и производительность по продукту, если общая нафузка остается без изменений. Исходная скорость подачи = 2-10~з mVc, а объемная скорость рецикла составляет 0,25 исходной скорости подачи.

4.2-25. Процесс описывается реакцией типа 2А-> R с константой скорости превращения вещества А А; = 0,03 м^/Скмольс). Процесс проводится в системах реакторов: 1) РИС с рециклом (см. рис. 4.12); 2) РИВ с рециклом (см. рис. 4.12). Производительность по продукту на выходе из системы составляет 2 кмоль/ч, степень превращения вещества А в реакторе - 0,6. Объем реактора равен 0,4 м^. Концентрация вещества А в исходном потоке равна 0,8 кмоль/м^.

Определить объем рецикла и концентрацию вещества А в рецикле для случаев 1) и 2).

4.2-26. Реакция А <=> R проводится в РИС с полным рециклом (см. рис. 4.14). Константе скорости прямой реакции к^ = 3,210 с~, а обратной 2 = 0,8-10 3 С . В исходном потоке вещество R отсутствует Общая скорость подачи 1 = llO Зу, Отношение объемной скорости рецикла к общей скорости подачи равно 0,2. Объем реактора равен 1,6 м^. Начальная конценфация вещества А Сд = 1,05 кмоль/м^.

Определить концентрацию продукта и производительность системы по продукту

4.2-27. Реакция А < R < S, где R - продукт, проходит в РИС с полным рециклом {сА. рис. 4.14). Константы скоростей реакций: к^ = 0,8-10-3 ic = k = 0,3-10-3 с~к Объем реактора 1,5 мЗ, отношение объемной скорости рецикла к скорости подачи К /1 = = 0,19. Начальная концентрация исходного вещества Сд = = 1,1 кмоль/м^. Скорость подачи Vq = 110-з м^/с.

4.2-28. Для реакций А R, 2А -> S -Ь D константы скоростей = = 110 3 с~, kj = 110~ мЗ/(кмоль-с), объем смешения реактора - 2 м^. Производительность системы по исходному вешеству - 1 кмоль/с. Концентрация вещества А в исходном потоке - 2 кмоль/м^. Отношение объемной скорости рецикла к общей скорости подачи - 0,15.

Найти концентрацию продукта R и производительность системы по продукту с полным рециклом (см. рис. 4.14) и без рецикла.

4.2-29. Реакция А-> R <=> S, где R - продукт, проходит в РИС с полным рециклом (см. prfc. 4.14). Константы скорости реакций: jti = 5,110-3 с-; =3,2-10-3; к^ = 1,7-10-3 -i QgcM реактора - 0,8 мЗ. Отношение объемной скорости рецикла к общей скорости подачи Крц/Кр = 0,17. Начальные концентрации исходных веществ и продукта, кмоль/мЗ: Сд = 1,65; Cg = 0; С^ = 0. Плотность реакционной смеси остается постоянной. Скорость подачи Vq = 2-10 ~з мЗ/с.

Определить производительность системы по продукту R и концентрацию продукта в выходящем потоке.

4.2-30. Реакции A-I-B->RhB<=>S проводится в РИС с полным рециклом (см. рис. 4.14). Константы окфости реакции: А:, = 2-10~ мЗ/(кмоль-с); к2 = 3,210~з с ; к^ = 0,8-10-3 с-. В начальный момент времени

исх Crhcx 0. Общая скорость подачи Vq = l-10-з и^/с. Отношение объемной скорости рецикла к общей скорости подачи равно 0,20. Объем реактора - 1,6 мЗ. Начальные концентрации исходных веществ: А,исх = 105 кмоль/мЗ; Cgj. = 2,4 кмоль/мЗ.

Определить производительность системы по продукту R и концентрацию продукта R.

4.2-31. Реакция АR S (Л, = 3,7-Ю-з с-, kj = 2,4-Ю-з с-) проходит в РИВ с рециклом (см. рис. 4.12). Объем реактора - 0,67 мЗ. Начальные концентрации: Сд, = 0,25 кмоль/мЗ; С^ = Cfix кмоль/мЗ; R - продукт реакции. Производительность по исходному веществу равна 4-10 кмоль/с.

Определить: объем рецикла, если время пребывания в РИВ составляет 333 с; производительность по продукту; концентрацию вещества А в рецикле, если после сепаратора происходит полное разделение

Определить концентрацию продукта и производительность системы по продукту для системы с рециклом и РИС без рецикла.

4.3. ОПТИМАЛЬНЫЙ ОБЪЕМ И СЕБЕСТОИМОСТЬ

4.3. Т. Пример расчета

Установка (см. рис. 4.12) производит 3,6 кмоль/ч продукта R по реакции типа 2А -> R с константой скорости А; = 1,2 лДмоль-с). Концентрация вещества А в исходном потоке равна 0,5 моль/л. Стоимость исходного вещества А составляет 120 руб./кмоль. Процесс проводится в реакторе вытеснения, стоимость обслуживания которого равна 0,08 руб./(мЗ-с). После реактора смесь разделяется на продукт и исходное вещество А с концентрацией равной 0,5 моль/л и возвращается в реактор. Стоимость процесса разделения выражается через стоимость возвращаемого вещества А, цена которого, естественно, ниже первоначальной и равной 75 руб./кмоль.

Определить оптимальную степень превращения вещества А в реакторе, соответствующую минимальным затратам на производство заданного количества продукта, объем реактора вытеснения и себестоимость продукта R.

Решение. Себестоимость продукта R состоит из стоимости исходного вещества А, которое необходимо для получения заданного количества продукта R, стоимости оборудования и его обслуживания, а также стоимости делительной установки, которая выражается стоимостью возвращаемого вещества А.

В установках с фракционным рециклом количество продукта R, получаемого в установке, эквивалентно количеству исходного вещест-

продуктов и непрореагировавшего вешества А, причем концентрация вешества А в рецикле такая же, как на входе в установку

к к

А.1-Ъ1. Реакция А-U R S (А;, = 3,7-10-3 ~\ = 2,4-10-3 с-) проходит в РИС с рециклом (см. рис. 4.14). Объем реактора - 1,0 мЗ. Начальные концентрации Сд = 0,5 кмоль/мЗ; С^ = С^ = О кмоль/мЗ; R - продукт реакции. Производительность по исходному вешеству равна 125-10-3 кмоль/с. Делитель полностью отделяет продукт от непрореагировавшего вешества А. Концентрация вешества А в рецикле равна его концентрации в исходном потоке. Система работает таким образом, что достигается максимальная концентрация продукта R в реакторе.

Определить: 1) отношение объемной скорости рецикла к общей скорости подачи; 2) производительность по продукту; 3) концентрацию вещества А в растворе, подаваемом в реактор.