Εξέταση Προόδου στο Μέρος Ι - ΛΥΣΕΙΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Εργαστήριο Β’ Χημικής Μηχανικής Καθηγητής Κ. Κυπαρισσίδης Τ.Θ. 472 ‐ 54124 Θεσσαλονίκη 9 Ιανουαρίου, 2015
ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ ΙΙ
Εξέταση Προόδου στο Μέρος Ι - ΛΥΣΕΙΣ
ΠΡΟΒΛΗΜΑ Ι
Η στοιχειώδης αντίδραση A + B  C + D λαμβάνει χώρα στην υγρή φάση στον
αντιδραστήρα εμβολικής ροής (PFR) του σχήματος.
Q Ao  2 L / min
X Ae  0,5
PFR
QBo  3 L / min
Σχήμα 1
Ο όγκος του PFR είναι 200 L. Για την αύξηση του βαθμού μετατροπής στην έξοδο
προτείνεται η τοποθέτηση ενός αντιδραστήρα CSTR όγκου 400 L σε σειρά με τον
PFR και πριν από αυτόν (Σχήμα 2).
Q Ao  2 L / min
QBo  3 L / min
X A1
CSTR
PFR
X A2
Σχήμα 2
Ποιος θα είναι ο βαθμός μετατροπής στην έξοδο της συστοιχίας;
Δεδομένο: FAo  FBo  10 mol / min
PFR
Qo  QAo  QBo  5 mol / min

CAo  CBo  10 / 5  2 mol / L
άρα
dFA
dX A
 FAo
 rA
dV
dV
X Ae
X
Qo Ae dX A
dX A
 VPFR 

rA
kCAo 0 (1  X A ) 2
0
 VPFR  FAo 
Τηλέφωνο: (+30) 2310‐996211 Fax:(+30) 2310‐996198 e‐mail:[email protected] (+30) 2310‐996212 costas.kiparissides @eng.auth.gr Σελίδα 2 από 4
 VPFR 
Qo
X Ae
kCAo 1  X Ae
k
Άρα
Qo
X Ae
 0, 0125 L / (mol min)
VPFR CAo 1  X Ae
CSTR-PFR
F X
Qo
X A1
5X A1
VCSTR  Ao A1 
 400 
 X A1  0,5
2
2
rA1
kCAo 1  X 
0,
0125

2
1

X


A1
A1
VPFR 
Qo X A2 dX A
Qo 
1
1 


 X A2  2 / 3


2
kCAo X (1  X A )
kCAo  1  X A2 1  X A1 
A1
ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΙΙ
Η στοιχειώδης αντίδραση Α  Β λαμβάνει χώρα αδιαβατικά σε έναν αντιδραστήρα συνεχούς
λειτουργίας και πλήρους ανάμιξης (CSTR). Καθαρό Α εισέρχεται στον αντιδραστήρα με
ογκομετρική παροχή Qo και θερμοκρασία To . Να βρεθούν οι μόνιμες καταστάσεις
λειτουργίας του αντιδραστήρα (θερμοκρασίες–βαθμοί μετατροπής).
Δίνονται:
Χρόνος χώρου:
Θερμοτονισμός αντίδρασης:
τ
Ειδική θερμότητα αντιδρώντος μίγματος:
ΔH r
CAo
cpμ
Πυκνότητα αντιδρώντος μίγματος:
ρ
Συγκέντρωση τροφοδοσίας:
=
=
0,12
hr
-96000 kcal/kmol Α
=
1
kmol/m3
=
1
kcal/(kg.K)
=
960
kg/m3
k  1, 7 1013 e9000/T hr-1
To
=
280 K
Κινητική σταθερά
Θερμοκρασία τροφοδοσίας
ΛΥΣΗ
Α' τρόπος
F X
CAo Qo X A
kτ
Σχεδιαστική CSTR: VCSTR  Ao A 
 XA 
rA
kCAo (1  X A )
1  kτ
(1)
Ισοζύγιο ενέργειας CSTR, αδιαβατική λειτουργία
Qoρc pμ (T  To )  (ΔH r ) A VCSTR rA  0
ή
 XA 
Qoρcp (T  To )
(ΔH r )A FAo
ή

Qoρcpμ (T  To )  (ΔH r ) A FAo X A  0
ρcp (T  To )
(ΔH r )A CAo

960(T  To )
96000
(2)
Τηλέφωνο: (+30) 2310‐996211 Fax:(+30) 2310‐996198 e‐mail:[email protected] (+30) 2310‐996212 costas.kiparissides @eng.auth.gr Σελίδα 3 από 4
T
280
285
290
295
300
305
310
315
320
325
330
335
340
345
350
355
360
365
370
375
380
XA(1)
0.021905
0.037871
0.063536
0.102984
0.160296
0.2379
0.334414
0.443379
0.554525
0.657385
0.744833
0.814316
0.866849
0.905254
0.932748
0.952205
0.965907
0.975552
0.982358
0.987182
0.99062
XA(2)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
1
380 – 1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
306 – 0,27
0.3
0.2
283 – 0,03
0.1
0
250
300
350
400
Β' τρόπος
F F
Q (C  CA )
C
Σχεδιαστική CSTR: VCSTR  Ao A  o Ao
 CA  Ao
rA
kCA
1  kτ
(1')
Ισοζύγιο ενέργειας CSTR, αδιαβατική λειτουργία
Qoρc p (T  To )  (ΔH r )A VCSTR rA  0
ή
ή
ή
ή
Qoρc p (T  To )  (ΔH r )A VCSTR kCA
ρcp (T  To )  (ΔH r ) A τkCA
ρcp (T  To )  (ΔH r ) A τk

Q
r
960(T  To )  96000
CAo
1  kτ
(2')

Q
g
τk
1  kτ
(2')
Η τελευταία εξίσωση είναι ταυτόσημη με το σύστημα (1)-(2) του Α' τρόπου
Τηλέφωνο: (+30) 2310‐996211 Fax:(+30) 2310‐996198 e‐mail:[email protected] (+30) 2310‐996212 costas.kiparissides @eng.auth.gr Σελίδα 4 από 4
Τ
280
285
290
295
300
306
310
315
320
325
330
335
340
345
350
355
360
365
370
375
379
384
389
394

Q
g

Q
r
2103
3635.5
6099
9886
15388
24559
32104
42564
53234
63109
71504
78174
83217.5
86904
89544
91412
92727
93653
94306
94769
95042
95295
95477
95610
0
4800
9600
14400
19200
24960
28800
33600
38400
43200
48000
52800
57600
62400
67200
72000
76800
81600
86400
91200
95040
99840
104640
109440
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
250
Τ
283
306
379
270
290
MK
CA
0.97
0.74
0.01
310
330
350
370
390
XA
0.03
0.26
0.99
Τηλέφωνο: (+30) 2310‐996211 Fax:(+30) 2310‐996198 e‐mail:[email protected] (+30) 2310‐996212 costas.kiparissides @eng.auth.gr

Download Report