0 = 1моль/л. У кількості V = 100л. реакційна маса термостатіруєтся за допомогою теплообмінних пристроїв реактора (Сорочка змійовик) протягом часу t = 3ч. За цей час частина вихідного реагенту А перетворюється в продукт реакції В. При цьому ступінь конверсії Х вихідного реагенту А в В:
(1)
де С А і С В - Концентрації А і В (моль/л) в реакторі в момент часу t = 3ч. p> При досягнення заданої конверсії реакційна маса охолоджується, продукт реакції У відділяється, а не перетворений вихідний реагент А потрапляє у відходи виробництва. Сумарний час завантаження і вивантаження реакційної маси становить t 0 = 1 ч.
Для таких регламентних показників завантаження реагенту А для проведення однієї операції складає n А, 0 = V . З А, 0 = 100 моль, а кількість утвореного за час реакції продукту n B = n A , 0 . X = 100 . 0,75 = 75 моль. Звідси годинна продуктивність П установки, виражена в молях продукту В, отриманого в одиницю часу:
моль/г, або
18,75 . 24 = 450 моль/л . год
Для вирішення поставленої завдання максимальної продуктивності проведемо дослідження кінетики реакції А В. Знаходимо, що її швидкість описується кінетичним рівнянням другого порядку:
моль/л . год (2)
з константою швидкості k = 1 л/моль . ч. Рівняння (2) являє собою в даному випадку математичну модель описаного вище періодичного реактора. Скористаємося цією моделлю для визначення ступеня конверсії Х і часу t, що забезпечують максимальну продуктивність установки. Очевидно, що такий час існує, оскільки при малому часу реакції t, незважаючи на високу швидкість реакції (С А близько до З А, 0 ), загальна продуктивність установки мала з - за великий частки непродуктивних витрат часу t 0 . До того ж при великому часі реакції t частка непродуктивних витрат знизиться і швидкість реакції з - За малої концентрації С А до кінця реакції (див. ур. 2). p> Для визначення оптимальних значень Х і t висловимо через С А через Х (С А = С А, 0 (1 - Х)), підставимо в рівняння (2)
В
і проинтегрируем
В
Або
В
Підставивши наведені вище значення k і C A , 0 останнім рівняння, отримаємо
(3)
Запишемо тепер рівняння для розрахунку продуктивності установки. Для цього кількість молей продукту В, вироблених за одну операцію,
n B = VC B = VC A, 0 = 100X
розділимо на час операції t + t 0 :
моль/ч.
Використовуючи співвідношення (3) отримаємо
П = 100Х (1 - Х)
Тепер легко знайти о...
