Сравнение реакторов идеального вытеснения и полного смешения в адиабатическом режиме работы

При рассмотрении зависимости температуры в реакторе от времени пребывания в нём реакционной смеси видно, что реактор полного смешения при заданных условиях работает в области температурной неустойчивости.

4.3. Обоснование выбора реактора.

При сравнении работы реактора идеального вытеснения и реактора полного смешения в адиабатическом режиме мы получили следующие результаты:

        Для РИВ:                                                         Для РПС:

Х               τ(сек.)                                          Х               τ(сек.)

Для проведения реакции гидрохлорирования ацетилена, при малых степенях превращения Х ≤ 0.1, в реакторе полного смешения требуется времени меньше, чем в реакторе идеального вытеснения. Однако при больших степенях превращения, в реакторе полного смешения процесс переходит в область температурной неустойчивости, и предпочтение стоит отдать реактору идеального вытеснения.

Так как процесс предпочтительнее вести с наибольшей степенью превращения ключевого реагента, для процесса гидрохлорирования ацетилена при данных условиях следует использовать реактор идеального вытеснения.

5. Анализ изменения объёма реактора (Vr) от температуры исходной смеси (Т0), давления в реакторе (Р) и времени пребывания реакционной смеси в реакторе (τ)

5.1. Анализ изменения объёма реактора от температуры исходной смеси.

Состав исходной смеси (в мольных долях):

Стехеометрические коэффициенты:

Обозначим:

Вывод: реакция идёт с уменьшением числа моль

Величины, необходимые для расчёта:

- газовая постоянная

- давление

- адиабатический коэффициент

- степень превращения компонента А

- объёмный расход исходной смеси

Выражения для концентраций компонентов смеси, в зависимости от степени превращения ключевого реагета:

Выражения для парциальных давлений компонентов смеси в зависимости от степени преващения ключевого реагента:

Температура смеси на входе в реактор

Уравнение адиабаты:

Выражение для константы скорости химической реакции:

Выражение для константы равнoвесия химичекой реакции:

Кинетическое уравнение данного процесса:

Время необходимое для получения заданной степени превращения:

Объём реактора:

Зависимость объёма реактора от начальной температуры:

Вывод: При увеличении входной температуры, уменьшается время, необходимое для достижения заданной степени превращения. Из выражения для объёма реактора видно, что, при постоянном расходе исходной смеси, чем меньше время нахождения её в реакторе, тем меньший объём реактора требуется для проведения процесса.

5.2. Анализ изменения объёма реактора от давления в реакторе.

Давление:

Выражения для парциальных давлений компонентов смеси в зависимости от степени преващения ключевого реагента:

Уравнение адиабаты:

Выражение для константы скорости химической реакции:

Выражение для константы равнoвесия химичекой реакции:

Кинетическое уравнение данного процесса:

Время необходимое для получения заданной степени превращения:

Объём реактора:

Зависимость объёма реактора от давления в реакторе:

Вывод: При увеличении давления в реакторе, уменьшается время, необходимое для достижения заданной степени превращения. Это связано с тем, что скорость реакции, идущей с уменьшением числа моль, с увеличением давления возрастает. Из выражения для объёма реактора видно, что, при постоянном расходе исходной смеси, чем меньше время нахождения её в реакторе, тем меньший объём реактора требуется для проведения процесса.

5.3. Анализ изменения объёма реактора от времени пребывания в нём реакционной смеси.

Объём реактора:

Вывод: Из выражения для объёма реактора видно, что, при постоянном расходе исходной смеси, чем больше время нахождения её в реакторе, тем больший объём реактора требуется для проведения процесса.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был рассмотрен процесс гидрохлорирования ацетилена с получением винилхлорида, особенности этого процесса и его технологическое оформление.

Согласно исходным и рекомендуемым данным был сделан и обоснован выбор адиабатического реактора идеального вытеснения.

Для выбранного реактора были проведены исследования зависимости объёма реактора (Vr) от температуры исходной смеси (Т0), давления в реакторе (Р) и времени пребывания в нём реакционной смеси (τ).

В ходе исследования были сделаны следующие выводы:

1. Чем больше температура исходной смеси, тем меньший объём реактора требуется для проведения процесса.

2. Чем больше давление в реакторе, тем меньший объём реактора требуется для проведения процесса.

3. Чем больше время нахождения реакционной смеси в реакторе, тем больший объём реактора требуется для проведения процесса.

Приложение.

Обозначения, использованные в данной курсовой работе:

Вещества:

A – ацетилен (С2Н2)

B – хлороводород (HCl)

C – винилхлорид (C2H3Cl)

I – азот (N2)

X – хлор (Cl2)

Zх – концентрация х компонента смеси (в мольных долях);

V0 – объёмный расход исходной смеси (м³/с);

dV – бесконечно малый объём реактора (м³);

Vr – объём реактора (м³);

T – температура в реакторе (К);

T0 – температура исходной смеси на входе в реактор (К);

Tk – температура смеси на выходе из реактора (К);

dT – бесконечно малое изменение температуры (град);

ΔT – конечное изменение температуры (град)

P – давление в реакторе (Па);

Px – парциальное давление х компонента смеси (Па);

k – константа скорости химической реакции;

Kp – константа равновесия химической реакции;

K – коэффициент теплопередачи (Дж/с·м²·К)

Gх – массовый расход х компонента смеси (кс/с);

X – степень превращения ключевого компонента смеси;

Xk – конечная степень превращения ключевого компонента смеси (т.е. на выходе из реактора);

Mх – молярная масса х компонента смеси (кг/кмоль);

Cp – суммарная молярная теплоёмкость исходной смеси (Дж/моль·К);

Ad – адиабатический коэффициент (К);

τ – время пребывания реакционной смеси в реакторе (с);

U – скорость химической реакции (1/с);

F – площадь поверхности теплообменника (м²);

H – тепловой эффект (энтальпия) (Дж/с);

ΔН°- стандартный тепловой эффект реакции (Дж/моль);

R = 8,314– универсальная газовая постоянная (Дж/моль·К).

10