Cheminių reaktorių inžinerija: uždaviniai ir egzamino klausimai

Reakcijų greičiai ir greičio lygtys, CSTR ir idealiojo išstūmimo reaktorių dydžio parinkimas, konversija ir pusiausvyros ribos.

Praktikuokitės šiame kurse nemokamaiPraktikuotis šiame kurseLaikyti bandomąjį egzaminąKasdien nemokamų uždavinių: 5. Kortelės nereikia.

Pasiruošimo paketas (PDF)Formulių lapai, metodų žingsniai ir uždaviniai su pilnais sprendimais, paruošti spausdinti.

Šio kurso temos

  1. Reakcijų kinetikapirma eilė · konversija ir antra eilė · Arenijusskaičiavimai
  2. Reaktorių dydžio parinkimas (CSTR ir PFR)CSTR, pirmoji eilė · PFR, pirmoji eilė · konversija pagal tūrįskaičiavimai
  3. Cheminė pusiausvyraKc iš koncentracijų · ICE lentelė · ICE lentelė su kvadratine lygtimiskaičiavimai
  4. Masės balansasdviejų srautų maišymas · maišymas iki tikslinės sudėties · garintuvasskaičiavimai

Egzamino patarimai: Cheminių reaktorių inžinerija

  • Prieš įstatydami greičio lygtį, užrašykite to tipo reaktoriaus projektinę lygtį.
  • Tai pačiai konversijai pasiekti teigiamos eilės reakcijose PFR reikia mažesnio tūrio nei CSTR.
  • Patikrinkite, ar siekiama konversija mažesnė už pusiausvyros konversiją.

Išspręsti pavyzdžiai

Reakcijų kinetikaLengvas
t (min)C (mol/L)60 minC = ?

Nulinės eilės reakcijos A → produktai greičio konstanta 0,01 mol/(L·min). Pradinė A koncentracija 0,8 mol/L. Raskite koncentraciją CA po 60 min.

k = 0,01 mol/(L·min)CA0 = 0,8 mol/Lt = 60 min

Raskite CA (mol/L)

Rodyti užuominas
  1. Nulinė eilė: greitis −dC/dt = k nepriklauso nuo koncentracijos.
  2. Integravus gaunama C = C₀ − kt (galioja, kol A nepasibaigia).
  3. kt = 0,6 mol/L.
Rodyti atsakymą ir sprendimą žingsnis po žingsnio

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Integruotas nulinės eilės dėsnis

CA = CA0 − kt = 0,8 − 0,01·60 = 0,2 mol/L

Atsakymas

CA = 0,2 mol/L
Reaktorių dydžio parinkimas (CSTR ir PFR)Vidutinis
Q = 20 L/minCA0​ = 2,5 mol/LCA​ = ?V = 200 L, k = 0,25 min⁻¹

Skystosios fazės pirmos eilės reakcija A → B (k = 0,25 min⁻¹) vyksta 200 L idealiojo išstūmimo reaktoriuje (PFR). Žaliava tiekiama 20 L/min, CA0 = 2,5 mol/L. Tankis pastovus, reaktorius veikia nusistovėjusiu režimu. Raskite išėjimo koncentraciją CA.

V = 200 LQ = 20 L/mink = 0,25 min⁻¹CA0 = 2,5 mol/L

Raskite CA (mol/L)

Rodyti užuominas
  1. Erdvinis laikas: τ = V/Q = 10 min.
  2. PFR, pirmoji eilė: CA = CA0·e^(−kτ).
  3. kτ = 2,5.
Rodyti atsakymą ir sprendimą žingsnis po žingsnio

Idealieji reaktoriai, pirmos eilės reakcija (−rA = k·CA) nusistovėjusiame režime, kai erdvinis laikas τ = V/Q. CSTR yra idealiai sumaišytas, todėl visame tūryje reakcija vyksta esant mažai išėjimo koncentracijai: τ = X/(k·(1 − X)) ir CA = CA0/(1 + k·τ). PFR kiekvienas skysčio sluoksnelis reaguoja kaip mažas periodinis reaktorius: τ = ln(1/(1 − X))/k ir CA = CA0·e−k·τ. Tai pačiai konversijai CSTR visada reikia didesnio tūrio nei PFR.

Erdvinis laikas

τ = V/Q = 200/20 = 10 min

Išėjimo koncentracija

CA = 2,5·e−0,25·10 = 0,2052 mol/L

Atsakymas

CA = 0,2052 mol/L

Konversija: X = 91,79%.

Kaip vyksta praktika

  • „Praktikuotis šiame kurse“ maišo uždavinius iš visų kurso temų, kaip tikrame egzamine.
  • Kiekviename uždavinyje naujos reikšmės, todėl išmokstate metodą, o ne atsakymą.
  • Strigote? Pirmiausia atverkite nedidelę užuominą, o visą paaiškinimą – tik kai jo prireiks.
  • Bandomieji egzaminai yra riboto laiko ir be užuominų, o pabaigoje gaunate rezultatą ir išsamią peržiūrą.

Šio kurso skaičiuoklės

CSTR ir PFR tūrio skaičiuoklė

Susiję kursai

FE Chemical egzamino praktikaBendroji chemijaMedžiagų ir energijos balansai
Praktikuokitės šiame kurse nemokamaiPraktikuotis šiame kurseLaikyti bandomąjį egzaminąKasdien nemokamų uždavinių: 5. Kortelės nereikia.