Исследование химического процесса, протекающего в реакторе идеального вытеснения в стационарном режиме

Исследование закономерностей протекания химической реакции в реакторе идеального вытеснения методом математического моделирования заключается в определении концентраций реагирующих веществ на выходе из реактора и температуры потока в зависимости от времени контакта.

Пусть в реакторе идеального вытеснения (РИВ) протекает химическая реакция

. (5.18)

Так как в реакторе вытеснения состав реагентов и температура потока изменяются по длине (или времени контакта) аппарата, процесс в нём описывается системой дифференциальных уравнений (5.11, 5.12).

Тогда математическая модель химического процесса может быть записана в виде следующей системы уравнений материального и теплового балансов (режим работы реактора – стационарный):

;

; (5.19)

;

;

,

где k ₁, k ₂ – константы скоростей реакций;

С_A, С_B, С_C, С_D – концентрации компонентов, кмоль/м³.

Значения тепловых эффектов реакций и теплоёмкость смеси рассчитываем с использованием справочных данных [8].

Систему дифференциальных уравнений (5.19) решим с использованием метода Эйлера.

, c

, c

, c

Варианты заданий

Таблица 5.1

№ п/п	Тип реакции	Исходная концентрация, кмоль/м3	Констан-ты скорости	Энергии активации, кДж/моль	Темпе-ратура, К
		СC8H18 = 0,0388	k 1=0,12; k 2=0,80	E 1=94,2; E 2=81,2
		Сн-С7Н1 =0,0343	k 1=0,18; k 2=0,29	E 1=95,11; E 2=122,76
		СC2H4 = 0,0296	k 1=0,38; k 2=0,14; k 3=0,11	E 1=59,48; E 2=162,57; Е 3=157,12
	k 1 C2H6+C4H10 2C3H8 k 2	СC2H6 =0,0175; СC4H10=0,0117	k 1=0,54; k 2=0,12	E 1=96,14; E 2=83,60

Продолжение табл. 5.1

	k 1 С5Н10 + Н2 C5H12 k 2 i- C5H12	CС5Н10=0,0166; СН2=0,0166	k 1=0,5; k 2=0,2	E 1=101,21; E 2=115,05
6	k 1 С6Н14 2-метилпентан k 2 2,3-диметилбутан	СС6Н14=0,0338	k 1=0,4; k 2=0,2	E 1=75,13; E 2=94,18
	2-метилпентан k 1 С6Н14 k 2 2,3-диметилбутан	СС6Н14=0,0394	k 1=0,2; k 2=0,4	E 1=95,31; E 2=76,17
8	k 1 С6Н14 2-метилпентан k 2 k 3 2,3-диметилбутан	СС6Н14=0,0328	k 1=0,3; k 2=0,2; k 3=0,1	E 1=79,64; E 2=83,23; E 3=107,11
	k 1 С6Н14 2-метилпентан k 3 k 2 2,3-диметилбутан	СС6Н14=0,0358	k 1=0,25; k 2=0,10; k 3=0,25	E 1=87,23; E 2=104,75; E 3=78,61
		СC8H18 = 0,036	k 1=0,12; k 2=0,80	E 1=94,2; E 2=81,2
		СС7Н16 =0,028	k 1=0,18; k 2=0,29	E 1=95,11; E 2=122,76
		СC2H4 = 0,0316	k 1=0,38; k 2=0,14; k 3=0,11	E 1=59,48; E 2=162,57; Е 3=157,12
	k 1 C2H6+C4H10 2C3H8 k 2	СC2H6 =0,016; СC4H10=0,016	k 1=0,54; k 2=0,12	E 1=96,14; E 2=83,60

Окончание табл. 5.1

	k 1 С5Н10 + Н2 C5H12 k 2 i- C5H12	CС5Н10=0,017; СН2=0,014	k 1=0,5; k 2=0,2	E 1=101,21; E 2=115,05
15	k1 С6Н14 2-метилпентан k2 2,3-диметилбутан	СС6Н14=0,0286	k1=0,4; k2=0,2	E1=75,13; E2=94,18
	2-метилпентан k1 С6Н14 k2 2,3-диметилбутан	СС6Н14=0,0283	k1=0,2; k2=0,4	E1=95,31; E2=76,17

Коэффициенты a_i, b_i, c_i, d_i для расчета теплоемкостей компонентов и термодинамические функции индивидуальных углеводородов приведены в табл. 4, Приложение Ж.