Рециркуляционная схема с рециклом, охватывающим два реактора.
Статьи / Сравнительный анализ рециркуляционных схем на примере реакции изомеризации / Рециркуляционная схема с рециклом, охватывающим два реактора.
Страница 1

Рассмотрим рециркуляционную систему (рис.2.1), состоящую из двух реакторов идеального смешения и ректификационной колонны, охваченных обратным рециркулирующим потоком по дистилляту.

R Xr

V1 V2

F G L L

Xf Xg Xl1 Xl2

W, Xw

Рис.2.1. Рециркуляционная система.

Реактор-ректификационная колонна с охватом рециклом двух реакторов.

В реакторах протекают обратимые реакции типа AB, скорость которых подчиняется закону действующих масс. На вход в систему подается чистый реагент А, реакционная смесь зеотропна, колонна обладает бесконечной эффективностью по разделению, реагент А является легколетучим компонентом. Тогда в соответствии с обозначениями на рис.2.1. система балансовых уравнений в статике относительно реагента А имеет вид:

Для смесителя:

G = F + R (2.1)

Gxg = Fxf + Rxr (2.2)

Для колонны:

L = W + R (2.3)

Lxl2 = Wxw + Rxr (2.4)

Для реакторов:

G = L (2.5)

G = F + R (2.6)

Для первого реактора:

Fxf + Rxr = Lxl1 + V1rA1 (2.7)

Где rA1 = k+xl1 – k-(1 – xl1) (2.8)

Для второго реактора:

Lxl1 = Lxl2 + V2rA2 (2.9)

Где rA2 = k+xl2 – k-(1 – xl2) (2.10)

Для системы в целом:

Fxf – Wxw = rA1V1 + rA2V2 (2.11)

Где rA1, rA2 – скорости химической реакции по реагенту А в первом и втором реакторах, V1, V2 – объемы реакционной зоны.

Выразим скорость химической реакции, протекающей в первом реакторе.

Для этого из (2.8) выразим сдержание компонента А на выходе из реактора xl1

Xl1 = (2.12)

И подставим его в выражение (2.7)

Fxf + Rxr - L - V1rA1 = 0 (2.13)

Отсюда, после преобразований:

rA1 = (2.14)

С учетом, что L = R + F и что на вход в систему подается чистый компонент А, т.е. xf = 1 и в рецикле тоже чистый компонент А, xr = 1:

rA1 = (2.15)

Отсюда, после преобразований

rA1 = (2.16)

или с учетом, что L = R + F

rA1 = (2.17)

Теперь выразим скорость химической реакции, протекающей во втором реакторе:

Содержание компонента А на выходе из реактора

xl2 = (2.18)

Теперь подставляем (2.12) и (2.18) в (2.9):

- - V2rA2 = 0 (2. 19)

после преобразований

rA2 = (2. 20)

подставим (2.17) в (2. 20):

rA2 = (2.21)

Для того чтобы достичь полного превращения сырья производительность реактора должна равняться количеству реагента А, поступающего на вход в систему

F = rA1V1 + rA2V2 (2.22)

Подставим выражения (2.17) и (2.21) в (2.22):

F = + (2.23)

После преобразований:

L(k+(V1 + V2) – F) + L(k+ + k-) (V1V2k+ - F(V1 + V2)) – FV1V2(k+ + k-) = 0 (2.24)

где L = R + F.

Мы получили аналитическое выражение зависимости величины рецикла от объема.

По этому выражению мы можем построить и проследить зависимость величины рецикла от объема реакторов.

Примем k+, k - и F постоянными, а объемы реакторов равными между собой

V1 = V2.

k+ = 2

k - = 1

F = 10кмоль/час.

При этих значениях с помощью программы Excel численно просчитаем, по формуле (2.24), зависимость величины рецикла от объема. Результаты представлены в таблице 2.1.

R

V

V1

V2

58,87981

6

3

3

21,59592

8

4

4

14,27051

10

5

5

11, 20142

12

6

6

9,539015

14

7

7

8,50905

16

8

8

7,815321

18

9

9

7,320508

20

10

10

5,672232

40

20

20

5,324409

60

30

30

5, 191836

80

40

40

5,126946

100

50

50

5,090286

120

60

60

5,067531

140

70

70

5,052428

160

80

80

5,041888

180

90

90

5,03424

200

100

100

5,028513

220

110

110

5,024113

240

120

120

5,020659

260

130

130

5,017898

280

140

140

5,015657

300

150

150

5,013811

320

160

160

5,012274

340

170

170

5,010981

360

180

180

5,009881

380

190

190

Страницы: 1 2

Смотрите также

Производство азотной кислоты
Азотная кислота является одной из важнейших минеральных кислот и по объему производства занимает второе место после серной кислоты. Она образует растворимые в воде соли (нитраты), обладает н ...

Лакокрасочные составы и покрытия
...

Химические методы получения порошкообразных материалов и извлечения железа
Как с точки зрения экономической, так и экологической существует потребность в разработке процесса прямого превращения отходов механической обработки, таких как мелкая стружка, в порошок, ко ...