Inżynieria Reaktorów Chemicznych. cz. 1 Podstawy i Reaktory Idealne

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Inżynieria Reaktorów Chemicznych. cz. 1 Podstawy i Reaktory Idealne"

Wiktoria Morawska
5 lat temu
Przeglądów:

1 Inżnera Reaktorów Chemcnch c. 1 Podstaw Reaktor Idealne

2 Lteratura: 1. Leenspel O., Chemcal Reacton Engneerng, 3rd ed., J. Wle, Burghardt., Bartelmus G., Inżnera Reaktorów Chemcnch, PWN Tom I: Reaktor dla układów homogencnch. Tom II: Reaktor dla układów heterogencnch 1. Tabś B., Zasad Inżner Reaktorów Chemcnch, WNT Sarawara J., Skrpek J., Gawdk., Podstaw Inżner Reaktorów Chemcnch, wd. 2, WNT 1991.

3 Surowce Operacje fcne (np. fcna separacja lub ocscane) Proces chemcne achodące w reaktorach chemcnch Operacje fcne (separacja, ocscane) Produkt Recrkulacja

4 Paradgmat nżner chemcnej Proces operacje jednostkowe Wkorstane blansów różnckowch mas, pędu, składnka energ stan stacjonarne quas stacjonarne Stan nestacjonarne (?) Wkorstane sbkch komputerów nowocesnch prrądów pomarowch do nterpretacj weloskalowch (od molekuł do skal aparatu) ntensfkacj, optmalacj, mnaturacj

5 Klasfkacja reakcj Nekataltcne Kataltcne Homogencne Węksość reakcj w fae gaowej Węksość reakcj w fae cekłej Sbke reakcje take, jak spalane płomena gaowego Ked pojawa sę nehomogencność składu temperatur Reakcje enmatcne (enm nm) Heterogencne Spalane węgla, prażene rud, ropuscane cał stałch w cec, absorpcja ga-cec reakcją chemcną, redukcja rud żelaa do żelaa stal, utlenane aldehdów tlenem powetra w celu otrmana kwasów Sntea amonaku, sntea metanolu, utlenane amonaku do kwasu aotowego

6 Inna klasfkacja Układ Jednofaowe (homofaowe) Welofaowe (heterofaowe) Reakcje Homogencne (prebegające w pewnej objętośc) Płn: ga (spalane) cec (reakcja homogencna w cec) Cało stałe (rekrstalacja Płn płn: ga cec (absorpcja reakcją) cec-cec (ekstrakcja reakcją) Płn cało stałe: ga cało stałe (sublmacja reakcją spalana) cec-cało stałe (ropuscane reakcją chemcną) Cało stałe cało stałe: (proces ceramcne, metalurgcne) Płn płn cało stałe Heterogencne (prebegające na powerchn) Płn płn: ga-cec (katala) Płn cało stałe: ga cało stałe (spalane koksu, graftu; proces kontaktowe) cec-cało stałe (układ bologcne) Płn płn cało stałe: (boreaktor)

7 Podstawowe równana opsujące układ reagując: cągłośc, ruchu, energ Równane cągłośc (ogóln blans mas) Treść fcna: [ ] [ ] - kontrolnej Masa dopłwająca do objętośc [ ] Masa odpłwająca kumulacja mas w objętośc objętośc kontrolnej kontrolnej Postać całkowa: ρ ( n) d ρ dv 0 t V

8 Postać różnckowa: Pochodna substancjalna (wędrowna): Dwergencja: (obnża rąd) 0 d D D ρ ρ t d t t D D Prepłw płnu pre objętość kontrolną

9 Równane ruchu, cl blans pędu (blans lośc ruchu) Sbkość akumulacj pędu w objętośc kontrolnej Sbkość dopłwu lośc ruchu mas do objętośc kontrolnej - Sbkość odpłwu lośc ruchu mas objętośc kontrolnej Suma sł dałającch na objętość kontrolną Postać całkowa: ρ ( n) d ρ dv t 1 V 2 3 F Objętość kontrolna płnu w astosowanu do blansu lośc ruchu

10 Naprężena w kerunku os dałające na elementarną objętość płnu Tensor naprężeń kerunek dałana naprężena oś normalna do danej płascn p p p σ σ σ ( ) ( ) ( ) κ µ µ κ µ µ κ µ µ µ µ µ gde ( )

11 Postać różnckowa: F ρ ρ 1 1 p Dt D Gradent (podnos rąd, tj. gradent skalara jest wektorem) p p p p grad p δ δ δ Dwergencja tensora [ ] k k k δ d 1 Różnca sbkośc odpłwu dopłwu pędu (lośc ruchu) w kerunku : ( ) ( ) ( ) ρ ρ ρ ρ ρ ρ 2 Sbkość akumulacj lośc ruchu w kerunku : ( ) t ρ 3 Suma sł dałającch w kerunku - obejmuje sł powerchnowe dałające na objętość kontrolną w postac naprężeń normalnch stcnch ora słę objętoścową ( ) ( ) ( ) g F ρ σ σ

12 Równane energ Postać całkowa: δ q E ρ ( n) d E ρ dv t dt V δ l dt Postać różnckowa: D H D p ρ q q Dt Dt µ Φ funkcja dsspacj strat cepła prewodene uwględnene możlwośc wstąpena wewnętrnch źródeł cepła

13 Równane dfuj (cągłośc składnka) Postać całkowa: ρ t ( n) d ρ d V R dv 0 V V Postać różnckowa: ρ t n R m ρ V n ρ ρ j ρ D w stężene masowe składnka m j w ρ ρ gęstość strumena mas odnesona do neruchomego układu współrędnch ułamek masow składnka gęstość strumena mas odnesona do średnej prędkośc masowej n 1 n 1 ρ ρ lokalna średna prędkość masowa (prędkość środka mas barcentrcna)

14 Równana pomocnce: równane stechometrcne wane równeż równanem blansowm reakcj określa stosunk loścowe, w jakch użwane są substrat wtwarane produkt równane równowag reakcj najomość równowagowego składu mesann powala określć, c w którm kerunku będe begła reakcja równane knetcne określa sbkość reakcj równowag faowe

15 Równane knetcne reakcj w odnesenu do jednostk objętośc reagującego płnu w układach płn cało stałe w odnesenu do jednostk mas c. st. w układach płn płn w odnesenu do powerchn mędfaowej w układach ga cało stałe w odnesenu do jednostk powerchn cała stałego lub w odnesenu do jednostk objętośc cała stałego

17 Podał reakcj - reakcje pojednce - reakcje łożone: reakcje seregowe (następce) R S reakcje równoległe współawodnce równoległe achodące obok sebe B R S R S -reakcje elementarne równane knetcne odpowada równanu stechometrcnemu B R - reakcje neelementarne ne ma bepośrednej odpowednośc męd równanem stechometrcnm a knetcnm reakcje seregowo - równoległe R B B R S

18 Reakcje neelementarne Obserwowana reakcja opsana pojedncm równanem stechometrcnm jest w recwstośc sekwencją reakcj elementarnch. Stężena wąków pośrednch są nemeralne.

Reaktor pracując w sposób okresow Tp reaktorów - reaktor bornkow aopatron najcęścej w mesadło wmennk cepła - pracuje w stane neustalonm - dealn do badań knetk - stosowan do prowadena reakcj wkłch

19 Reaktor pracując w sposób okresow Tp reaktorów - reaktor bornkow aopatron najcęścej w mesadło wmennk cepła - pracuje w stane neustalonm - dealn do badań knetk - stosowan do prowadena reakcj wkłch katalowanch begnącch prede wsstkm w fae cekłej - mana objętośc pomjalne mała Batch reactor - aletą jest możlwość uskana wsokch stopn preman - wadą są wsoke kost ruchowe (napełnane, opróżnane, cscene)

prpadku dużch produkcj gd reakcja prebega sbko - powalają uskać produkt

20 Reaktor prepłwow pracując w warunkach ustalonch - do reaktora w sposób cągł dopłwają substrat w sposób cągł odpłwa mesanna reakcjna - korstne w prpadku dużch produkcj gd reakcja prebega sbko - powalają uskać produkt o wsokej jakośc - wmagają oprrądowana CSTR (contnuos strred tank reactor)

21 Reaktor pracując w sposób półokresow - układ elastcn, ale trudnejs w opse od poostałch - umożlwa kontrolę sbkośc reakcj - pracuje w warunkach neustalonch - stosowan dla reakcj prebegającch: w fae cekłej w układach welofaowch, np..ga - cec Sembatch reactor

22 Prepłwow reaktor rurow - skład mesann reakcjnej mena sę wdłuż reaktora - e wględu na nebt dług cas prebwana płnu w takm reaktore stosowan do prowadena sbkch procesów - w premśle stosowan do prowadena reakcj w fae gaowej, choć równeż dla układów cekłch ( katalatorem be katalatora)

Reaktor rurow dealn charakteruje sę prepłwem tłokowm

23 Reaktor dealn Reaktor bornkow mesadłem całkowte wrównane stężeń temperatur w całej objętośc mesann reagującej Reaktor rurow dealn charakteruje sę prepłwem tłokowm (brak mesana w kerunku osowm, doskonałe wmesane w kerunku promenowm

24 Idealn reaktor okresow c ( n) d c dv r dv 0 t V V t c V ( n) d 0 V c dv r dv d r V N dt bo w reaktore okresowm ne ma dopłwu an odpłwu bo awartość reaktora jest doskonale wmesana d N dt r V

25 Stopeń preman składnka : X N 0 N N 0 Gd gęstość płnu poostaje stała

27 δ q δ l E ρ ( n) d E ρ dv t dt dt V E ρ δ l d t 0 t V ( n) d 0 E ρ dv E U g u U ρv 2 2 ( E ρv ) t bo w reaktore okresowm ne ma dopłwu an odpłwu brak wkonanej prac w procesach chemcnch (po wklucenu reakcj elektrochemcnch) ( E ρv ) t bo doskonałe wmesane d u d t δ q d t δ q dt

28 dla cec d u d h bo h u pv dh q dt Entalpa układu h powąana jest cąstkowm molowm entalpam reagentów H : h N H Cąstkowa molowa entalpa H reagenta jest funkcją parametrów stanu: ( T, p ) H f, j H entalpa reakcj odnesona do jednego mola reagenta N X H dh N C C dt ν N ν 0 ν 0 0 p p ν dx C p pojemność ceplna reakcj r Vdt

29 dh dt q ρv c p d T d t V r ( H ) k ( T T ) q c

30 Metoda całkowa anal wnków Badane knetk reakcj d C 1. r f ( k, C) k f ( C) dt 2. dc f ( C) k dt C C 0 f dc ( C ) k t 0 dt kt 3. Pownnśm uskać lnę prostą na wkrese s casu o nachlenu k 4. Z dośwadceń wnacam wartość całk Na prkład dla reakcj produkt akładam knetkę perwsego rędu

31 Metoda różnckowa anal danch 1. Założć mechanm reakcj wnacć knetkę d C r f, dt ( k C) k f ( C) 2. Wnacć dośwadcalne C C (t) 3. Narsować wkres C s. t wgładć krwą 4. Określć nachlene krwej dla odpowedno wbranch wartośc stężena, dc /dt. Nachlena określają sbkośc reakcj -r - dc /dt. 5. Wnacć f(c) dla każdego C. 6. Narsować (- dc /dt) s. f(c) ). Jeśl ne będe to prosta, spróbować nną knetkę

Podobne dokumenty

GAZY DOSKONAŁE I PÓŁDOSKONAŁE

TERMODYNAMIKA GAZY DOSKONAŁE I PÓŁDOSKONAŁE Prawo Boyle a Marotte a p V = const gdy T = const Prawo Gay-Lussaca V = const gdy p = const T Równane stanu gau dosonałego półdosonałego p v = R T gde: p cśnene