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 |
Смотрите также
Химические свойства лантана
...
Свидетельство Никола Фламеля
(Существует несколько версий истории Никола Фламеля, рассказанной им самим. Они
изложены у Уэйта в «Алхимиках сквозь века», у Кокрена в «Алхимии — заново открытой
и восстановленной в правах» и у С ...
Интерполиэлектролитные комплексы
Полимеры - химические соединения с высокой молекулярной массой (от
нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят
из большого числа повторяющихся группировок ...