Microsoft Word - KRI-ZRN-3 splet.doc

Transkripcija

1 Zbira rešenih nalog KEMIJSKO REKCIJSKO INŽENIRSTVO. del lbin Pinar Ljubljana

2

3 . Pinar Naloga # 57 Pri esperimenalni nalogi smo določevali onenraijo sledilne speije na izsopu iz reaorja. Izmerili smo naslednje podae: Sonsruiraje E vs. diagram., min, g/l E, / Q esperimenalni podai 4 Konenraija, g/l Čas, min Pravoona meoda: ( ) Q d iδi iδ 5 (g min) / L i i

4 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Površina pod rivuljo v gornjem E vs. diagramu:

5 . Pinar Naloga # 58 Z RTD esom (pulzna monja) so bile v izou apljevinase faze ( ε ) iz realnega reaorsega sisema izmerjene naslednje onenraije sledilne speije:, min, /L, ( min)/l Izračunaje povprečni zadrževalni čas ( ) fluida v reaorju. d d Δ i Δ i i. min ( ) ( min) / L. min ( ) / L 7.96 min. min 7.8

6 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 59 Z RTD esom (pulzna monja) so bile v izou apljevinase faze ( ε ) iz realnega reaorsega sisema izmerjene naslednje onenraije sledilne speije:, min, /L Izračunaje povprečni zadrževalni čas ( ) fluida v reaorju in variano ( σ ). d iδ i ( ) (min) / L 49.9 (min) / L d i Δ i i 5. ( min )/ L d i Δ i i 6 ( min )/ L d 5. (min ) / L 49.9 (min)/ L d 5.5min σ d d 6 (min ) / L (5.5) 49.9 (min)/ L min 7.6 min 4

7 . Pinar Naloga # 6 V preočnem mešalnem (CSTR) reaorju izvedemo idealno pulzno (δ) monjo in beležimo odziv, j. onenraijo sledilne speije v odvisnosi od časa v izou iz reaorja. Izvedie maemaično zvezo za odziv na ašno monjo. Idealna pulzna (δ) monja: za < za za > Snovna bilana za sledilno speijo: d V M δ() Φ d v m m m s s s m d d M V δ() ΦV V Φ V V d M + δ() Pdx y e Q(x)e d V y' P(x)y Q(x) x Pdx dx u e Pdx e d e δ(-) y () e M V δ () e d M V e e M V e () M V E() e Opomba: δ δ ( ) pri ( ) pri ( ) δ d 5

8 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 6 V idealnem evnem in preočnem mešalnem reaorju proučujemo idealno pulzno (δ) in sopenjso monjo. Volumen reaorjev je V8 L, volumsi napajalna hiros znaša Φ v L/s. Pulzno monjo smo izvedli ao, da smo v reaor v hipu dodali M56 sledilne speije. Pri RTD esu s sopenjso monjo je sa napajalna hiros sledilne speije znašala n 4 / s. Narišie diagrame, i priazujejo onenraijo sledilne speije v odvisnosi od časa na izpusu iz posameznega reaorja. a) preočni evni reaor: pulzna monja: V τ Φ v 8 L s 4 s L M Φ v 56 s L 8 ( s) / L Konenraija, /L 8 ( s)/l Čas, s sopenjsa monja: V τ Φ v 8 L s 4 s L n Φ 4 s s L max v 7 / L 6

9 . Pinar 8 7 Konenraija, /L max 7. /L Čas, s b) preočni mešalni reaor: pulzna monja: : 56 7 / L 8 L Masna bilana sledilne speije: d V Φ d v d Φ V o v d Φ v V Φ v V.5 e e (7 / L) e, min, /L

10 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del 7 6 Konenraija, /L Čas, s sopenjsa monja: Masna bilana sledilne speije: d V n Φ d d n Φ Φ v v V n Φ ln n v v n Φ v Φ V d v V n Φ v (7 / L).5 [ e ], min, /L

11 . Pinar 7 6 Konenraija, /L Čas, s 9

12 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 6 V preočnem reaorju smo izvedli idealno pulzno (δ) monjo, pri čemer smo uporabili M.6 sledilne speije. Konenraija sledilne speije ob času je /m, ob času 4 min pa /m. Izračunaje volumen reaorja (V) in volumso napajalno hiros (Φ v ). Iz diagrama vidimo, da gre v em primeru za preočni mešalni reaor. M V Volumen reaorja: M.6 m V. m L Volumso napajalno hiros izračunamo s pomočjo naslednje zveze (gleje prejšnji primer): e Φv V ln Φv V Φ v L ln 4 min 5. L / min 5. L / min

13 . Pinar Naloga # 6 Preočni mešalni reaor z volumnom V86 L prepihujemo z zraom. Volumsa napajalna hiros apljevinase faze znaša Φ v 5 L/s. Ko v reaor hipoma uvedemo 5 gramov sledilne speije (pulzna monja), izmerimo odziv, priazan na spodnjem diagramu: Izračunaje povprečni zadrževalni čas ( ) er volumen reaor, zapolnjen s apljevinaso oziroma plinso fazo. M Φ v 5 g s (g s) / L.5 (g min) / L 5 L (g min) / L geo d min.67 min d.5 (g min) / L Volumen apljevine v reaorju: V Φv.67 min 5 L / s 6 s / min 8L Vapljevina 8L delež apljevine v reaorju % V 86 L reaor delež plina v reaorju % Na osnovi diagrama laho slepamo, da pomešanje v reaorju ni idealno.

14 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 64 Pri esperimenalni nalogi smo določevali onenraijo sledilne speije na izsopu iz evnega reaorja. Izmerili smo naslednje podae:, min E e Q E Δ Supaj: e.469 V reaorju izvajamo irreverzibilno reaijo prvega reda, aere hirosna enačba glasi: ( r ),.7 min -. Izračunaje onverzijo reaana, če je zadrževalni čas 5 minu. V primeru, da bi se evni reaor obnašal idealno, bi onverzija reaana znašala: τ x dx ln ( r ) d

15 . Pinar τ.7 5 e e. To pomeni, da bi v primeru, če bi se reaor obnašal idealno (čepasi o), zreagiralo 99 % reaana. Realni reaorsi sisem: e Ed e E Δ.469 Odod sledi, da v preučevanem reaorsem sisemu onverzija reaana znaša 95. %. Konverzija reaana se zmanjša na račun neidealne oovne slie.

16 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 65 V preočnem mešalnem reaorju z volumnom V6 L izvajamo irreverzibilno reaijo prvega reda. Pri volumsi napajalni hirosi Φ v L/min in vsopni onenraiji reaana, /L, onverzija znaša 75 %. Ko smo v reaorju izvedli pulzno monjo (M g), smo izmerili naslednje podae:, min, g/l li laho z izboljšanjem mešanja v reaorju vplivamo na onverzijo reaana? 8 6, g/l Čas, min M g / L V M g V L g / L Odod sledi, da mešalo v reaorju učinovio meša le del (j. L) elonega volumna (6 L). τ V Φ v 4

17 . Pinar Zadrževalni čas pri mešanju le L vsebine reaorja: τ V Φ v L min min L τ τ (.5).5 / L / L min min Zadrževalni čas v primeru učinoviega pomešanja elonega volumna reaorja: V τ Φ v 6 L min min L τ / L + τ + ( ). / L x..9 9 % Če zagoovimo inenzivno mešanje, ao da bo učinovio pomešan eloen volumen reaorja (6 L), povečamo zadrževalni čas na τ min in s em posledično onverzijo reaana od 75 na 9 %. 5

18 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 66 Z RTD esom (pulzna monja) so bile v izou apljevinase faze ( ε ) iz realnega reaorsega sisema izmerjene naslednje onenraije sledilne speije:, min, /L /, / (/ ) izmerjeno, / (/ ) CSTR, / Primerjaje obnašanje ega reaorja z idealnim, preočnim mešalnim reaorjem z isim zadrževalnim časom. d iδ d i iδi i.4 (min) / L 4.85 ( min ) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) d 4.85 min.4 d 4.69 min Za napoved odziva na pulzno monjo v idealnem CSTR reaorju velja naslednja zveza: e Iz spodnjega diagrama, i priazuje odvisnos / (za sledilno speijo) od brezdimenzijsega časa ( ), laho vidimo, da je obnašanje obeh reaorsih sisemov primerljivo. 6

19 . Pinar..8 Esperimenalni podai CSTR.6 /, / /, - / 7

20 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 67 Z RTD posusom smo ugoovili, da se v preočnem mešalnem reaorju, v aerem sier prevladuje idealni mešalni o, odsoov fluida nahaja v mirujoči (sagnanni) oni. V primeru, o se reaor obnaša povsem idealno, dosežemo v proesu 6 %-no snovno prevorbo reaanov. Kolišna je onverzija v primeru, o se v njem vzposavi mirujoča ona? a) Predposavimo, da v reaorju poea irreverzibilna reaija prvega reda: Za idealni CSTR reaor velja: x. 6 + τ Odod: τ. 5 Realno obraovanje reaorja: τ x + τ b) Predposavimo, da v reaorju poea irreverzibilna reaija drugega reda: Za idealni CSTR reaor velja: τ τ + τ f + τ f f τ f.6 f.6.75 Realno obraovanje reaorja: τ f x f

21 . Pinar Naloga # 68 V preočni reaorsi posodi, v aeri izvajamo irreverzibilno reaijo prvega reda ( /L), je sarosna porazdeliev zadrževalnih časov naslednja: E ().5 ( ). < min < 5 5 > min Konverzija reaana znaša 9 odsoov. Izračunaje vrednos onsane reaijse hirosi.,elemen E()d e Ed. 5.5( )e d + 5.e d.5 5 e 5 d.5 e d +. 5 e d.5( ). e.5( 5 ). e e 5.5( ) e. e e 5.5 e. e. + e Vrednos onsane reaijse hirosi poiščemo numerično (npr. z meodo biseije). Sledi:.6 min - 5 9

22 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 69 V pilonem reaorju daje odziv na pulzno monjo naslednjo sarosno porazdeliev zadrževalni časov: ().4 5min > 7.5 min Konenraija sledilne speije je izražena v /L. Konverzija reaana v irreverzibilni reaiji prvega reda, i jo izvajamo v zadevnem reaorju, znaša 95 odsoov. Izračunaje vrednos onsane reaijse hirosi. () d (min) / L E(),elemen E()d e Ed e d e 5 d.4.5 ( )e 5. e ( 5 ) e ( ) e + e.. Vrednos onsane reaijse hirosi poiščemo numerično (npr. z meodo biseije). Sledi:.865 min -

23 . Pinar Naloga # 7 V neem reaorju smo s pomočjo RTD esa ugoovili, da ima odzivna rivulja na pulzno.5 os π / 4 v območju min ([]/L). Pri izvajanju monjo naslednjo oblio: ( ) zaporedne irreverzibilne reaije prvega reda B C, jer je /, dosežemo v preočnem evnem reaorju s čepasim oom 7 %-no onverzijo reaana. Izračunaje relaivno onenraijo inermediaa B v preučevanem reaorsem sisemu. d (min) / L π d.466 ( min ) / L d.466 ( min ) / L d.466 min.666 d E().5 os d π.666 (min) / L ( π / 4).767 min π os 4 ( π / 4) Idealni evni reaor (čepasi o):.767. e e.6568min ( e ( / ) e ) ( e e ) B / e ( e ). 495 Realni reaorsi sisem:

24 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del B B π E()d ( e e ) os( π / 4) PFR π ( e ) os( π / 4) e d 4 d Rešiev inegrala poiščemo numerično (npr. z uporabo Simpsonove meode). Sledi: B.9

25 . Pinar Naloga # 7 Odziv na pulzno monjo v preočnem reaorju, v aerem izvajamo irreverzibilno reaijo drugega reda (.4 min - ), je podan v spodnji abeli: r, / E( ) E( ) Določie onverzijo reaana, če je povprečni zadrževalni čas fluida v reaorju ena 5 min. Za irreverzibilno reaijo drugega reda: ( r ) laho hirosno enačbo v inegralni oblii zapišemo v naslednji oblii: + Napoved onenraije reaana na izsopu iz realnega reaorsega sisema: elemen E( r )d r E(r) dr + E(r) d +. r Vrednos določenega inegrala določimo z uporabo rapezne meode. Sledi:.869 x.869.

26 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 7 Odziv na pulzno monjo v preočnem reaorju, v aerem izvajamo irreverzibilno reaijo drugega reda: L min ( r ).5 je podan z naslednjo zvezo: E ( ).5 e r r r r 4. 5min Primerjaje onverzijo reaana v em reaorju s onverzijo, i bi jo dosegli v preočnem evnem reaorju s čepasim oom in enaim zadrževalnim časom. Vsopna onenraija reaana v napajalnem ou je enaa. /L. Za irreverzibilno reaijo drugega reda: ( r ) laho hirosno enačbo v inegralni oblii (šaržni reaor) zapišemo v naslednji oblii: r r Napoved onverzije v preučevanem preočnem reaorju: elemen E( r )d r E(r) dr + r e r r d r Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. s pomočjo Simpsonove meode). Sledi:.67 x.67.8 Napoved onverzije v preočnem evnem reaorju s čepasim oom:.9 x

27 . Pinar Naloga # 7 Pri preučevanju oovne slie v preočnem reaorsem sisemu so bili z uporabo vzbujevalno-odzivne ehnie (pulzna monja) izmerjeni naslednji podai:, s, /L oziroma:.7e / Kolišno onverzijo reaana laho pričaujemo v em reaorsem sisemu pri izvajanju irreverzibilne reaije prvega reda s onsano reaijse hirosi.5 min -? Rezula primerjaje s onverzijo, i bi jo ob ideničnem zadrževalnem času dosegli v preočnem evnem reaorju s čepasim oom. d iδ d i iδi i. (min) / L 4.85( min ) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) d 4.85 min. d 4.79min E() () d.7e. / e / Napoved onverzije v preučevanem preočnem reaorju:.5 / E()d e Ed.7 elemen e e d 5

28 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. s pomočjo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi:.5 x Napoved onverzije v preočnem evnem reaorju s čepasim oom: e e.487 x

29 . Pinar Naloga # 74 Odziv na pulzno monjo v preočnem reaorju, v aerem izvajamo irreverzibilno reaijo drugega reda (.75 min - ), je podan z naslednjo zvezo:.5 5 e []/L, []min Primerjaje onverzijo reaana v em reaorju s onverzijo, i bi jo dosegli v preočnem evnem reaorju s čepasim oom in enaim zadrževalnim časom. Odziv na pulzno monjo:.8.7 Konenraija, /L Čas, min d iδ d i iδi i.799 (min) / L.65 ( min ) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) d.65 min.799 d.795 min E() () d 5 e e.5 7

30 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Za irreverzibilno reaijo drugega reda: ( r ) laho hirosno enačbo v inegralni oblii (šaržni reaor) zapišemo v naslednji oblii: Napoved onverzije v preučevanem preočnem reaorju: elemen E()d e +.75 d Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. s pomočjo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi:.8 x.8.97 Napoved onverzije v preočnem evnem reaorju s čepasim oom:.5 x

31 . Pinar Naloga # 75 Odziv na pulzno monjo v preočnem reaorju je podan z naslednjo enačbo:.5 []/L, []min V reaorju izvajamo onseuivno reaijo prvega reda: B C, jer je.5 min - in.75 min -. Primerjaje onverzijo reaana v em reaorju s onverzijo, i bi jo dosegli v preočnem evnem reaorju s čepasim oom in enaim zadrževalnim časom. Odziv na pulzno monjo:..8 Konenraija, /L Čas, min d iδ d i iδi i. (min) / L.64 ( min ) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) d.64 min. d.799 min 9

32 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del E() () d Izračun onverzije reaana in relaivne onenraije inermediaa B v realnem reaorsem sisemu: Odod: V šaržnem reaorju veljaa naslednji zvezi: B e in ( e e ) elemen E()d.75.5 e.5d elemen E()d.75 ( e e ) B B.5d ( e e ).5d Vrednos inegralov izračunamo numerično (npr. s pomočjo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi:.96 x B.9 Idealni evni reaor (čepasi o): e e. x ( e e ) ( e e ). 495 B

33 . Pinar Naloga # 76 Odziv na pulzno monjo v preočnem reaorju ( ε ) je podan z naslednjo enačbo: []/L, []min V reaorju izvajamo reaijo, aere hirosna enačba v inegralni oblii glasi: []min +. Primerjaje onverzijo reaana v em reaorju s onverzijo, i bi jo dosegli v šaržnem reaorju z idealnim pomešanjem ob isem reaijsem času. Odziv na pulzno monjo: 4 Konenraija, /L Čas, min d iδi 9. (min) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) d i iδi ( min ) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) d min 9. d min

34 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del E () () d Izračun onverzije reaana v realnem reaorsem sisemu: E()d elemen. d Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. s pomočjo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi:.5 x Šaržni reaor z idealnim pomešanjem fluida:.5 x min

35 . Pinar Naloga # 77 Irreverzibilno reaijo drugega reda ( ε ) preučujemo v različnih reaorsih sisemih z enaim volumnom: (a) preočni evni reaor (PFR) (b) preočni mešalni reaor (CSTR) () preočni reaor, v aerem je odziv na pulzno monjo podan z naslednjo enačbo: E ( ) 4 e r r r / r Primerjaje izsopne relaivne onenraije reaana za različne vrednosi produa. a) preočni evni reaor (PFR): + + b) preočni mešalni reaor (CSTR):

36 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del f f f f + f ) realni preočni reaor: elemen E 4 e + r r ( r ) dr dr r Vrednosi izračunamo numerično (npr. s pomočjo rapezne ali Simpsonove meode)., / PFR CSTR Realni reaor , / 4

37 . Pinar Naloga # 78 Odziv na pulzno monjo v preočnem reaorju, v aerem izvajamo irreverzibilno reaijo drugega reda (.5 min -, min), je podan z naslednjo zvezo: E ( ) ( r e ) r r r / Primerjaje onverzijo reaana v em reaorju s onverzijo, i bi jo dosegli v seriji N zaporedno vezanih preočnih mešalnih reaorjev z iso variano in povprečnim zadrževalnim časom. Odziv na pulzno monjo:.8.6 E( r ) r, / a) realni reaorsi sisem: elemen E ( ) r d r E + ( ) (. ) r 4.6r e r + dr r r d r Vrednos izračunamo numerično (npr. s pomočjo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi:.6 x b) serija N zaporedno vezanih preočnih mešalnih reaorjev: Variano, i je funija r, izračunamo s pomočjo naslednjega izraza: 5

38 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del σ ( r ) ( r ) E( r ) dr V em primeru velja: ( ) 4.6 ( ) e ( +. σ ) r r r r d.4 r Ševilo CSTR reaorjev v seriji: N σ ( ) r min N min Za prvi reaor v seriji velja naslednja zveza (gleje nalogo š. 77): oziroma f f f + f f.5f f + Snovna bilana za drugi in reji reaor v seriji: f + f f.5f f + f + f f.5f f + Odod:.549 x f.57 x f.58 x f 6

39 . Pinar Naloga # 79 Odziv na pulzno monjo v preočnem reaorju ( ε ) je podan z naslednjo enačbo:.5 []/L, []min V reaorju izvajamo reverzibilno reaijo prvega reda hirosna enačba glasi: R ( /L, R ), aere d d 4 L min ( r ). Primerjaje onverzijo reaana v em reaorju s onverzijo, i bi jo dosegli v preočnem evnem reaorju s čepasim oom ob ideničnem zadrževalnem času. Odziv na pulzno monjo:..8 Konenraija, /L Čas, min d iδi. (min) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) d i iδi.998 ( min ) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) d.998 min. d.749 min 7

40 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del E() () d (.5 ) Reverzibilna reaija prvega reda: d d ( r ). 4. min -, /K(. min - )/4.8 min - R K 4 R. / L, xr.8 R Inegralna oblia hirosne enačbe: ln R ( + ) R oziroma xr + xre ( + ) e Izračun onverzije reaana v realnem reaorsem sisemu: elemen E()d (. +.8e )(.5 )d Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. s pomočjo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi:.47 x Preočni evni reaor s čepasim oom: e. +.8e.4 x

41 . Pinar Naloga # 8 Reverzibilno reaijo prvega reda R, aere hirosna enačba glasi: d d ( r ).5 8, smo izvajali v šaržnem reaorju ( ε ) in izmerili podae, podane v prvih dveh olonah v spodnji abeli:, min /, / E(), / ( / ) E(), / Sarosna porazdeliev zadrževalnih časov (E-rivulja) za preočni reaor, v aerem želimo izvajai zadevno reverzibilno reaijo, je podana v reji oloni gornje abele. Izračunaje onverzijo reaana v em reaorju. V preočnem reaorsem sisemu onverzijo reaana izračunamo s pomočjo naslednjega izraza: šaržni reaor E()d Najprej za različne vrednosi reaijsega časa izračunamo pripadajoče vrednosi ( / ) E(). Le-e so podane v čeri oloni gornje abele. Nao vrednos inegrala 9

42 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del izračunamo numerično s pomočjo rapezne meode /, /.6.4 E(), / Čas, min. 5 5 Čas, min..8 ( / )*E(), / Čas, min Sledi:.5 x

43 . Pinar Naloga # 8 Hirosna enačba za disoiaijo dušiove (V) isline glasi: dhno. HNO d.8hno,.8 HNO L s Reaijo želimo vodii v preočnem reaorju ( ε ), v aerem ima odziv na pulzno monjo naslednjo oblio:.5 4 > 4 [] / L Izračunaje onverzijo dušiove (V) isline d.5 d 4 4 d.5 d 8 d.67 min 4 d ( min) / L.67 ( min ) / L.67 min E() () 8 d Inegralna oblia hirosne enačbe: d d HNO.8. HNO, HNO.8 HNO.875 HNO, HNO 8.75 HNO d HNO d 4

44 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del HNO d HNO HNO d HNO.875HNO 8.75, + HNO HNO, HNO HNO,.875 HNO HNO, 8.75ln HNO HNO, V preočnem reaorsem sisemu onverzijo dušiove (V) isline izračunamo s pomočjo naslednjega izraza: 4 HNO HNO, HNO HNO, elemen HNO HNO, E()d, /, min E(), / HNO HNO, Vrednos inegrala izračunamo numerično s pomočjo rapezne meode. Sledi: HNO HNO,.656 x E(), / 4

45 . Pinar Naloga # 8 Odziv na pulzno monjo v preočnem reaorju ( ε ) je podan v abeli:.5, s, /L e () Kolišno onverzijo reaana laho pričaujemo v em reaorju pri izvajanju irreverzibilne reaije prvega reda, če le-a v preočnem mešalnem (CSTR) reaorju z idealnim pomešanjem fluida ob ideničnem zadrževalnem času ( ) znaša 8.8 %? 8 8 d iδ ( s) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) 8 8 d i iδ 8 ( s ) / L (za izračun uporabljeno rapezno pravilo) 8 d 8 s d 8 4 s E() () 8 d ().5() Idealni preočni mešalni reaor: s + 4 4

46 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Realni preočni reaor: V preočnem reaorsem sisemu onverzijo reaana izračunamo s pomočjo naslednjega izraza: 8 elemen E()d 8 e E()d.5 8 e.5 ()d Najprej za različne vrednosi reaijsega časa izračunamo pripadajoče vrednosi.5 e (). Le-e so podane v reji oloni gornje abele. Nao vrednos inegrala izračunamo numerično s pomočjo rapezne meode. Sledi:.6 x

47 . Pinar Naloga # 8 Ob predposavi, da laho sarosno porazdeliev zadrževalnih časov v reaorju, v aerem idealna pulzna (δ) monja rezulira v odziv, predsavljen v spodnji abeli, dobro popišemo z disperzijsim modelom, izračunaje vrednos disperzijsega ševila, D L /(ul)., min, g/l σ d d i Δ i i Δ i i iiδi iδ i V em primeru velja: σ i iδ iδ iiδ iδ i i i ii i σ ( ) g / L g / L i i [(5 ) + ( 5) ( ) ](g min) / L (g min) / L i [(5 ) + ( 5) (9 ) ](g min ) / L 545 (g min ) / L i i 545 min 47.5 min σ θ σ σ θ DL. ul DL ul e ul D L 45

48 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Vrednos disperzijsega ševila, D L /(ul), določimo numerično (npr. z uporabo meode biseije). D Sledi: L. ul 46

49 . Pinar Naloga # 84 Topnos isia v vodi pri sobni emperauri (T C) je * 8 mg/l, oefiien snovnega prenosa znaša L a. s -, volumen šaržnega reaorja pa V L (ons.). Izračunaje čas, v aerem dosežemo 9 %-no nasičenje s isiom (.9 * ), če je začena onenraija isia v vodi enaa nič. Oenie snovni o: a) na začeu () in b) na onu proesa (.9 * ). Snovna bilana za isi, razopljen v vodi: aumulaija vo izo ± reaija ± snovni ranspor ( V ) d d dv V + d d d * L.9 ln * d * ( ) L a d * * (.9 ) a * ln. L a ln.. a.s L L s a( )V a) snovni o na začeu (): * ( ).s 8 mg / L.8 mg /(L s) w L a b) Snovni o na onu (.9 * ): * ( ).s. 8 mg / L.8 mg /(L s) w L a S časom, o se voda v reaorju nasičuje s isiom, se poenial manjša, zao je snovni o v drugem primeru -ra manjši. 47

50 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 85 Ribie v avariju porabljajo isi s hirosjo ro mg /(L s). Minimalna onenraija razopljenega isia v vodi, i še omogoča njihovo preživeje, je mg/l. Izračunaje oefiien snovnega prenosa L a, i ga mora zagoavljai sisem za dovajanje isia, da ribie še živijo. Ravnoežna onenraija razopljenega isia v vodi pri sobni emperauri (T C) znaša * 8 mg/l. V saionarnem sanju velja: * ( ) V r V L a Odod: r * ( ) O mg /(L s) (8 ) mg / L O La s.67 s 6 48

51 . Pinar Naloga # 86 Heerogeno aalizirana razgradnja reaana, i jo laho opredelimo o irreverzibilno reaijo prvega reda, je bila preučevana v preočnem evnem reaorju, napolnjenim s srnjenim slojem aalizaorja (d P.4 mm, D eff 5-5 m /(h m a. )). Reaija v sisemu plinrdno je bila vodena pri T6 o C in P o.. bar. Pri vsopni onenraiji /m a. reaijsa hiros znaša ( r ) /(m h) ena g m /(h m a. ). 5. Koefiien snovnega prenosa plin-rdno je a) li zunanji snovni ranspor bisveno vpliva na preučevano reaijo? b) li noranji snovni upor (difuzija reaana v porah aalizaorja) bisveno vpliva na izmerjeno hiros reaije? a) Vpliv zunanjega snovnega ranspora na izmerjeno hiros reaije oenimo z izračunom razmerja: reaijsa hiros v elonem aalisem zrnu hiros snovnega prenosa v filmu plina orog dela aalizaorja V S ( r ) πd p 5 P 6 ( r ) dp m a. h.4 m d 6 g P gπ p g m 6 m m a. h Ker je o razmerje preej manjše od, laho zaljučimo, da zunanji snovni ranspor ne vpliva na ineio zadevne reaije. 5 b) Vpliv noranjega snovnega prenosa na hiros preučevane reaije oenimo z izračunom naslednjega razmerja: ( r ) D eff L dp.4 m 4, jer je L 4 m 6 6 ( ) Sledi: ( ) m a. r L m a. h D eff 5 5 m h m a. m Ker je o razmerje dosi večje od, sledi, da noranji snovni ranspor bisveno vpliva na hiros aalise razgradnje reaana. 6 49

52 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 87 Heerogeno aalizirana reaija 4R poea pri eloupnem lau P o.. bar in T7 C v preočnem evnem reaorju, v aerem se v srnjenem sloju nahaja m a.. g aalizaorja. V reaor smo uvajali bodisi nezreagiran bodisi delno zreagiran reaan s preoom plinse faze Φ v L/h. Pri posusih so bili izmerjeni naslednji podai: Posus 4,vsop, /L ,izsop, /L Poiščie hirosno enačbo, i določa o reaijo. Ker največja sprememba med,vsop in,izsop glede na povprečno onenraijo v reaorju znaša le orog 8 % (posus ), laho predposavimo, da reaor obrauje diferenialno. n V p. bar RT.8 L bar /( K) 9.5 K F Φv ε L. L h 4 h. L x + ε x x + ε,vs,iz, / L x,vs + ε,vs,vs x,iz + ε,iz,iz Δx x,vs x,iz Δx m F g h ( r ), a. a (.84)

53 . Pinar Narišemo diagram, v aerem na ordinano os nanašamo reaijso hiros ( r ), na abisno os pa povprečno onenraijo reaana ( ). (-r ), /(g a. h) nalon: 98 L/(g a. h) , /L Na podlagi linearne odvisnosi v diagramu laho zaljučimo, da je preučevana reaija prvega reda. Sledi: m ( r ) 98 a. dn d L g a. h 5

54 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 88 Heerogeno aalizirana reaija 4R poea v plinsi fazi pri eloupnem lau P o.. bar in T7 C v preočnem evnem reaorju s srnjenim slojem aalizaorja. V reaor onsanno doea čis in nezreagiran reaan s preoom Φ v L/h. Konenraija reaana ob izsopu iz reaorsega sisema je bila izmerjena pri različnih zaehah aalizaorja: Posus 4 5 m a., g ,izsop, /L a) Z inegralno meodo poiščie hirosno enačbo reaije. b) Določie hirosno enačbo z diferenialno meodo. a) inegralna meoda: Iz predhodne naloge laho privzamemo naslednje podae:. /L F /h ε m F a. x dx x ( r ) Predposavimo, da je reaija prvega reda. Sledi: m F a. x x dx + εx dx () x Inegral rešimo s pomočjo obrazev v maemaičnem priročniu. Sledi: m F a. x ( + ε ) ln εx m ln x x a. 4 Z uporabo podaov iz spodnje abele sonsruiramo diagram, v aerem na ordinano os m nanašamo 4 ln x, na abisno os pa pripadajoče vrednosi a.. x 5

55 . Pinar x + ε 4ln x x 4ln x x m a., g m a., g a L h.8.7 4ln(/(-x ))-x, / nalon: 96 L/(g a. h) m a. /, (g a. h)/l Na osnovi linearne odvisnosi v diagramu laho zaljučimo, da je preučevana reaija prvega reda. Hirosna enačba ima ao naslednjo oblio: L g ( r ) 96 a. h b) diferenialna meoda: ( r ) dx m d F a. Najprej sonsruiramo diagram, v aerem na ordinano os nanašamo onverzijo (x ), na m a. abisno os pa. F 5

56 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del.4 nalon pri m a. /F : x, / m a. /F, (g a. h)/ Iz dobljene odvisnosi določimo nalone pri različnih vrednosih onenraijah). Naloni rivulj, i predsavljajo reaijso hiros ( ) spodnji abeli. m a., g m F a. g h,,iz x + ε m F r a. (in s em, so podani v dx r, w d F ( ) g h a. 9. Sedaj sonsruiramo diagram, v aerem na ordinano os nanašamo reaijso hiros ( ) na abisno os pa., Na podlagi linearne zveze zaljučimo, da je preučevana reaija prvega reda. Hirosna enačba ima naslednjo oblio: L g ( r ) 9 a. h r 54

57 . Pinar (-r ), /(g a. h) nalon: 9 L/(g a. h) , /L Opomba: naliična rešiev inegrala v enačbi (): x + εx x dx x dx εx + dx x x dx x : ln( x ) x x x B: ε dx ε d ε(ln ) ε[ ( x ) ln( x )] x, x,dx B d x + εx x dx [ ln( x ) ( x ) ln( x )] + ε ε x ε x ( x ) ε ln( x ) ln( x ) ε ( + ε ) ln εx 55

58 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 89 V preočnem evnem reaorju s srnjenim slojem aalizaorja preučujemo heerogeno aalizirano reaijo 4R, aere hirosna enačba glasi: L g ( r ) 96 [ ] a. h L V reaor, i obrauje pri T7 o C in P o.. bar, uvajamo čisi reaan (. /L) z so napajalno hirosjo F /h. Izračunaje maso aalizaorja, porebno za 5 %-no prevorbo reaana. ε 4 x + ε x x + x Snovna bilana za preočni evni reaor s srnjenim slojem aalizaorja: F dx ( r ) dma. m F a. x dx ( r ) x dx x + εx x dx Inegral rešimo s pomočjo abel v maemaičnem priročniu (za analiično rešiev gleje nalogo š. 88). Sledi: m F ( + ε ) ln εx a. x h ma. 4ln.5 4 g L g h L a. 56

59 . Pinar Naloga # 9 V preočnem evnem reaorju s srnjenim slojem aalizaorja preučujemo heerogeno aalizirano reaijo 4R. V reaor, i obrauje pri T7 o C in P o.. bar, uvajamo čisi reaan (. /L) z so napajalno hirosjo F /h. S posusi so bili pridobljeni naslednji podai:,izs, /L ( r ) , g h S pomočjo grafične ali numerične inegraije izračunaje maso aalizaorja, porebno za 5 %-no prevorbo reaana. a. ε 4 x + ε x x + x x + Snovna bilana za preočni evni reaor s srnjenim slojem aalizaorja: F dx ( r ) dma. m F a. x dx.5 ( ) r ( r ) dx Podai, porebni za izračun vrednosi inegrala, so podani v spodnji abeli in diagramu:,izs, /L x, / ( r ), g h a. a. g, ( r ) h 57

60 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del.4 /(-r ), (g a. h)/ x, / Vrednos inegrala (površina pod rivuljo v gornjem diagramu) določimo s rapezno formulo. Sledi:.5 dx ( r ) (.5.8) + (.8.56) ( ) + (.778.8) ga. h + (.8.97).74.5 dx ga. h m a. F.74 h ( r ) 47 g 58

61 . Pinar Naloga # 9 Heerogeno aalizirana reaija B je bila preučevana v diferenialnem reaorju. Pri em so bili izmerjeni naslednji podai: p, bar ( r ), g h / p, bar a. p bar ga h,. p ( r ) ( r ) bar g, Ugoovie, če laho izmerjene podae popišemo z naslednjima hirosnima enačbama: p () + p ( r ) ( r ) p () ( + p ) a. h / Hirosni enačbi linealiziramo: p y + (a) p ( r ) p y + (a) p ( r ) Iz diagrama je razvidno, da enačba () bolje porije esperimenalne podae. y p Odod: 5.5 g h bar a..7 bar / 59

62 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del..8.6 y.4. enačba () enačba () regresijsa premia x 6

63 . Pinar Naloga # 9 Hirosna enačba nee heerogeno aalizirane reaije ima naslednjo oblio: ( r ) ( r ) p p + p B S pomočjo poznanih podaov: p, bar p B, bar ( r ) določie vrednosi onsan, in., g a. h Hirosno enačbo najprej zapišemo v espliini oblii: ( r ) + p p + p in jo nao lineariziramo: p + ( r ) p + p B B Vsavimo podae in dobimo sisem reh linearnih enačb:.98 a +.5b a +.b a +.8b + Sledi: a.45, b.4998,.48 Odod: , g h bar a.. g h bar,.98 bar a. 6

64 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 9 Pri preučevanju heerogeno aalizirane reaije hirosi reaije v odvisnosi od elonega laa: B so bile izmerjene naslednje začene / P o., bar ( r ), P o. bar ga. min P, ga. min o. ( r ) ( r ) bar ga. min, V preočni evni reaor, napolnjen s srnjenim slojem aalizaorja, smo uvajali čisi reaan. Ugoovie, če laho izmerjene podae popišemo z naslednjima hirosnima enačbama: ( r ) ( + p + p ) p () ( r ) B B p () ( + p + p ) B B / Hirosni enačbi najprej linealiziramo: p y a + bp + p (a) ( r ) B p y a + bp + p (a) B ( r ) Ker uvajamo v reaor čisi reaan, je p B in zao p P o.. Sledi: ' Po. y a + bp (b) ' ( r ) o. Po. y a + bp (b) o. ( r ) Na spodnjem diagramu vidimo, da obe hirosni enačbi zadovoljivo popišea izmerjene podae. Zao so porebne dodane merive (pri višjih onverzijah reaana ), na osnovi aerih bomo laho slepali o em, aeri reaijsi mehanizem je usreznejši. 6

65 . Pinar 8 enačba (b) enačba (b) regresijsa premia 6 y P o., bar 6

66 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 94 Pri preučevanju heerogeno aalizirane reaije B v preočnem evnem reaorju s srnjenim slojem aalizaorja so bili izmerjeni naslednji podai: p, bar p B, bar ( r ), g min a. p a. bar g, ( r ) dsorpija produa B na površino aalizaorja je zanemarljiva v primerjavi z adsorpijo reaana. Preverie veljavnos naslednjih reaijsih mehanizmov: a) hiros površinse reaije določa hiros zginevanja reaana ; b) hiros adsorpije reaana določa eloupno hiros reaije. min Usrezni hirosni enačbi imaa naslednjo oblio: p ϑ () + p a) ( r ) b) ( r ) * p p p ϑ V () * + p p + B K Enačbi linealiziramo: p y a + bp (a) ( r ) p y a + bpb (a) ( r ) Iz spodnjega diagrama vidimo, da je nalon premie, i predsavlja linealizirano oblio prve hirosne enačbe, negaiven. Na osnovi ega laho zaljučimo, da predposava o em, da hiros površinse reaije določa eloupno hiros reaije, ne drži. Druga hirosna enačba, i emelji na predposavi, da je eloupna hiros proesa določena z adsorpijo reaana na površino aalizaorja, zadovoljivo popiše izmerjene vrednosi. 64

67 . Pinar 8 4 y 6 enačba () enačba () regresijsa premia p, p B, bar 65

68 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 95 Preverie, če laho v abeli navedene podae: p, bar ( r ), g min / p, bar a. p bar ga min,. p ( r ) ( r ) bar ga. min, i so bili izmerjeni med preučevanjem heerogeno aalizirane reaije v plinsi fazi, popišemo z naslednjimi hirosnimi enačbami: p () + p ( r ) ( r ) p () + p ( r ) p () ( + p ) / Hirosne enačbe prevorimo v linealizirano oblio. Sledi: p + ( r ) p (a) p + ( r ) p (a) p + ( r ) p (a) Iz spodnjega diagrama je razvidno, da s hirosno enačbo # ne moremo usrezno popisai izmerjenih ineičnih podaov, saj a enačba napoveduje negaivno vrednos onsane (negaivni odse na ordinani osi). Preosali hirosni enačbi zadovoljivo popišea esperimenalne vrednosi. 66

69 . Pinar 4 enačba () enačba () enačba () regresijsa premia p /(-r i ), (p /(-r )) / p, (p ) / 67

70 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 96 Pri šudiju heerogeno aalizirane dehidraaije -buanola, za aero se predposavlja, da je eloupna hiros zginevanja -buanola pogojena s hirosjo površinse reaije, so bile izmerjene naslednje začene hirosi reaije v odvisnosi od fugaivnosi: f, mbar ( r ), g h a Hirosna enačba za o reaijo ima naslednjo oblio: ( r ) f ( + f ) Določie vrednos onsan in. f r ( ) mbar g, a. h / Hirosno enačbo prevorimo v linearizirano oblio: f + ( r ) f Iz odsea na ordinani osi in nalona regresijse premie v diagramu: (f/(-r ) ) / 5 4 dobimo naslednje vrednosi: esperimenalni podai regresijsa premia f, mbar 68

71 . Pinar 69 / a. h g mbar 4.5 / a. mbar h g. Sledi: h mbar g.56 a. mbar.4

72 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 97 Hirosna enačba za heerogeno aalizirano reaijo P o. 5 bar, glasi: B, i poea v plinsi fazi pri ( r ) [( r )].p +.5p dm a. h V preočni evni reaor s srnjenim slojem aalizaorja vodimo čisi plinsi reaan z so napajalno hirosjo F 6. /h. Kolišna bo onverzija reaana, o bo volumen aalizaorja znašal V a. 5 dm? n n p Po. Po. n n n 5f f n f n df r ( ) dva. V a. 5f F f ( f ).5 + df df f 6 df. 5f F F ( r ) ( r ) f 5 dm S posušanjem in numeričnim inegriranjem določimo, da je V a. 5 dm pri f.779. Odod: x f

73 . Pinar Naloga # 98 Plinso mešanio, i vsebuje 5. % reaana in 5. % inernih snovi, vodimo v preočni evni reaor s srnjenim slojem aalizaorja z so napajalno hirosjo F5 /h. Reaor, v aerem poea reaija B, obrauje pri T7 o C in P o. 5 bar. Hiros zginevanja reaana podaja naslednja hirosna enačba: ( r ) [( r )] m a. dn d 5p ( +.5 p ) g h Določie maso aalizaorja, porebno za 9 %-no snovno prevorbo reaana. a. p n n P o. n n + n n P o. 5n 75 n 5F 75 F df r m a. ( ) dma. F F df ( r ) F F ( +.5 p ) 5p df ( 75 F ) F.5 5F 75 F df Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. z uporabo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi: m a.. g 7

74 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 99 Hirosna enačba za heerogeno aalizirano prevorbo eena v eilbenzen v prebiu meana: CH4() + HCl(B) CH5Cl(C) glasi: ( r ) ( ppb pc / 5.5) ( + 7.4p p p +.p ) B C I g h [( r )], [ p ] i bar a. Pri eloupnem lau P o. 8. bar vodimo v reaor plinso zmes, i vsebuje % meana,.. % eilena in 5.5. % HCl. Izračunaje hiros reaije, o onverzija eena znaša 4 odsoov. Na osnovi sehiomerije reaije pri x.4 velja: n n B n C nch 4 ni.8485 n.9596 ni ni pi Po. 8. bar n.9596 p.78 bar, p B.96 bar, p C.84 bar, p p 4.94 bar CH 4 I Pri eh vrednosih parialnih laov posameznih omponen reaijsa hiros znaša: ( r ) 9.5 g h a. 7

75 . Pinar Naloga # Hirosna enačba proesa aalise hidrogenaije ogljiovega diosida () z vodiom (B) v mean (C) glasi: r C 7.p 4 [ ] ( +.p +.7p ) 5 rc 5 g h am p 4 B B a. Reaijo izvajamo v preočnem evnem reaorju s srnjenim slojem aalizaorja pri T4 o C in P o. bar. V reaor vodimo /h CO in sehiomerijso množino vodia. Izračunaje maso aalizaorja, i zagoavlja %-no snovno prevorbo CO. CH CO + 4H CH4 + HO ε 4( ε) ε ε n 5 ε n p Po. n nb p B Po. n df r m a. C dm df r 8 C ε 5 ε ε 5 ε a. ε, / F, /h p, bar p B, bar /r C, Vrednos inegrala določimo numerično (npr. s rapezno meodo). Sledi: m a g ga. h am CH 4 5 7

76 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # V preočnem evnem reaorju, napolnjenim s srnjenim slojem aalizaorja, izvajamo v plinsi fazi reaijo B, aere hirosna enačba glasi: ( r ).5 [( r )], [ p ] i bar p +.p +.p B g h Celoupni la znaša P o. 5. bar, F. /h, F. /h, F B, F I 7. /h. Izračunaje maso aalizaorja, porebno za 8 %-no onverzijo reaana. a. F B F F F p p B B F F F F F B P P B o. o. df r ( F F ).5( F ) I + F F +.5 5F.5.5F ( F ) F ( F ) F ( ) dma. m a. F F df ( r ) (.5.5F )..6 5F F.5 5F ( F ) F df F, /h p, bar p B, bar Vrednos inegrala določimo numerično (npr. s rapezno meodo). Sledi: m a.. g a. g, h ( r ) 74

77 . Pinar Naloga # Kaalisa hidraaija eena, i poea po naslednji reaiji: CH4 + HO CH5OH, je bila preučevana v plinsi fazi pri T7 o C in P o. 6 bar v preočnem evnem reaorju s srnjenim slojem aalizaorja. V reaor vodimo eviarno zmes eena in vodne pare. Hirosna enačba glasi: ( r ) p p ( +.889( p + p )) B pc 5 B g h [( r )], [ p i ] bar a. Določie vrednos voiena m a. /F za %-no onverzijo reaanov. x... delež prevorbe eena Een: x p ypo. Po. x x 6 x Vodna para: x p B ybpo. Po. x x 6 x Eanol: x p C ycpo. Po. x x 6 x F dx ( r ) dma. m F a.. dx ( r ) x x B, / a. g, h ( r ) Vrednos inegrala določimo numerično (npr. s rapezno meodo). Sledi: m a.. F ga h 4 75

78 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # Osidaija NO, i poea po naslednji reaiji: NO +.5O NO, je bila preučevana pri T o C in P o.. bar v preočnem evnem reaorju, napolnjenim s srnjenim slojem aivnega oglja o aalizaorja. Hirosna enačba glasi: B ( r ) [( r )], [ p i ] bar p p p +.5p C g h Plinsa mešania ob vsopu v reaor vsebuje.5. % NO,.68. % O in % N. Določie vrednos voiena m a. /F za 9 %-no onverzijo NO. a. x... zreagiranega NO/ napajalne zmesi NO: O :.5 x p ypo. Po..5x.68.5x p B ybpo. Po..5x.5 x.5x.68.5x.5x NO : x p C ycpo. Po..5x x.5x ( r ) dma. F dx m F a..5 dx r ( ) x, / a. g, h ( r ) Vrednos inegrala določimo numerično (npr. s rapezno meodo). Sledi: m a. F g.6 a. h napajalna zmes 76

79 . Pinar Naloga # 4 Hirosna enačba za reaijo + B C, i jo izvajamo v apljevinasi fazi v preočnem evnem reaorju, napolnjenim s srnjenim slojem aalizaorja, glasi: 7. B ( r ) [( )] ( ) r, [ ] L s B Konenraiji reaanov in B v napajalni razopini sa enai B. /L. Volumsa napajalna hiros znaša Φ v L/min. Izračunaje volumen aalizaorja, i je poreben za produijo 5 /min produa C. a. i L Ker sa vsopni onenraiji reaanov enai in er reaana in B reagiraa v razmerju :, laho hirosno enačbo zapišemo v naslednji oblii: ( r ) V τ Φ a. v,izs d Va. Φv ( r ) ( r ),izs d Za produijo 5 /min produa C mora onverzija reaana znašai 5 %; odod:,izs.5 /L. Sledi: V a. Φ. v d.5 ( r ) L 6 s..5 ( ) d 7. Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. s pomočjo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi: V a..7 L 77

80 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 5 Pri preučevanju heerogeno aalizirane reaije, aere hirosna enačba ima naslednjo oblio: S ( r ) [( r )] p + p S g h a. jer je parialni la p S merilo za onenraijo reaana na površini aalizaorja, so bile izmerjene naslednje vrednosi globalne reaijse hirosi v odvisnosi od parialnega laa reaana : g h p, bar ( r ) globalna, p S, bar ( ) S, r a p bar ga. h globalna Koefiien snovnega prenosa plin-rdno v preučevanem reaijsem sisemu znaša g a.5. Izračunaje vrednosi onsan in. g h bar a. V saionarnem sanju velja: ps globalna g S () + p ( r ) a( p p ) S Sledi: p S p ( r ) globalna g a Izračunane vrednosi p S so podane v reji oloni gornje abele. Na podlagi zveze () laho zapišemo udi: ps + ps y + ( r ) globalna p S 78

81 . Pinar Vrednosi onsan in določimo s pomočjo diagrama ( r p S )globalna vs. p S y esperimenalni podai regresijsa premia p S, bar Sledi: y p S Odod:.7 g h bar a.. bar 79

82 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 6 Heerogeno aalizirana reaija v apljevinasi fazi je določena s snovnim ransporom reaanov na površino aalizaorja in s hirosjo površinsih (reaijsih) proesov. Esperimenalno je bila določena naslednja zveza: S ( r ) ( ) [( r )], [ ] S S V olišnem času se bo onenraija reaana zmanjšala z. /L na.6 /L, če proes vodimo v šaržnem reaorju? L h i L Iz gornje zveze sledi: S ( r ) ( r ) ( r ).5 () ( r ) +.8 Za šaržni reaor velja naslednja obraovalna enačba: d. ( r ) ( r ) d.6 Na podlagi enačbe () s posušanjem ali z uporabo numeričnih meod (npr. biseije) izračunamo reipročne vrednosi reaijse hirosi ( ( r )) za različne onenraije ( ) reaana v glavni masi apljevinase faze:, /L r L h, ( ) Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. s pomočjo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi:.9 h 8

83 . Pinar Naloga # 7 Hirosna enačba heerogeno aalizirane reaije + B C glasi: ( r ) ( + ) B Laboraorijsi posusi so bili izvedeni v roirajočem reaorju s ošario, v aerem so snovni upori zanemarljivi. V reaor ( ε ) smo vodili eviarno mešanio reaanov in B. Izmerjeni so bili naslednji podai:, /L ( r ), L min /,( / L) a , L a. ( r ) L a) Izračunaje vrednosi onsan in. b) V olišnem času dosežemo 8 %-no onverzijo reaanov v preočnem mešalnem reaorju ( B. /L), v aerem je hiros reaije omejena s snovnim ransporom reaana B na površino aalizaorja, ao da velja: rdiff.9( B BS). ) V olišnem času dosežemo 8 %-no onverzijo reaanov v preočnem evnem reaorju ( B. /L), v aerem je hiros reaije omejena s snovnim ransporom reaana B r.9. na površino aalizaorja, ao da velja: ( ) diff B BS min a) Ko preučevana reaija ni pogojena s proesi prenosa snovi na aivno meso aalizaorja, velja: B. Hirosno enačbo laho ao zapišemo v naslednji oblii: ( r ) ( + ) Enačbo linealiziramo: y + ( r ) 8

84 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Vrednosi onsan in v hirosni enačbi določimo s pomočjo diagrama. ( r ) vs..4. y.6. esperimenalni podai regresijsa premia ( ) / Sledi: y Odod: / L.6997 L min, L.4997 a. b) V saionarnem sanju velja: ( r ) ( + ) BS diff ( ) B BS Ker je B, sledi: BS ( r ) ( r ) B ( r ) ( r ) diff ( r ) ( + ) diff diff ( + ) + ( ) diff

85 . Pinar Pri 8 %-ni onverziji reaana : (.8) L, izs.6 L Reaijsa hiros pri ej onenraiji znaša: ( r ).54 L min a. Preočni mešalni reaor: τ ( r ),izs (..6) / L.77 min.54 L min a. ) ( r ).6997 ( ) Za preočni evni reaor velja naslednja obraovalna enačba: V τ Φ a. v,izs d ( r )..6 ( ) Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. z uporabo rapezne ali Simpsonove meode). Sledi: τ 6.min d 8

86 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 8 Pri preučevanju heerogeno aalizirane reaije v plinsi fazi: B, pri čemer smo v reaor uvajali čisi reaan, so bili izmerjeni naslednji podai: p, bar ( r ) / a., p p La. h S, bar S bar La. h, ( r ) Hirosna enačba preučevane reaije ima naslednjo oblio: ( r ) ps, ( + p ) S L, f, / ( r ) medem o je snovni prenos reaana na površino aalizaorja opredeljen z naslednjo r. p p. zvezo: ( ) diff S Določie volumen aalizaorja v preočnem evnem reaorju, poreben za 9 %-no onverzijo reaana, če je P o. bar in F 5 /h. h V saionarnem sanju velja: ( r ).( p p ) p S p ( r ). S ps ( + p ) S y p S + p ( r ) S Vrednosi onsan in v hirosni enačbi določimo s pomočjo diagrama p S ( r ) vs. p S. Sledi: y p S 84

87 . Pinar Odod:.68, L h bar a..79 bar y 4 esperimenalni podai regresijsa premia p S, bar Hirosna enačba ima ao naslednjo oblio: ( r ).68p S ( +.79p ) S Izračun volumna aalizaorja v preočnem evnem reaorju: f F F x p f + f P o. f p p V F a. x dx ( ) r ( ) f df r Vrednos inegrala določimo numerično (npr. s pomočjo rapezne meode). Sledi: La. h.6 V La h 5.6 h V a. a.. F. L 85

88 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # 9 Pri preučevanju heerogeno aalizirane reaije v plinsi fazi: B, pri čemer smo v reaor uvajali čisi reaan, so bili izmerjeni naslednji podai: p, bar ( r ), p g h S, bar f, / a. a. g, ( r ) Hirosna enačba preučevane reaije ima naslednjo oblio: ps, ( r ) ( + p ) S medem o je snovni prenos reaana na površino aalizaorja opredeljen z naslednjo r.5 p p. zvezo: ( ) diff S Določie maso aalizaorja v preočnem evnem reaorju, porebno za 9 %-no znižanje parialnega laa reaana, če je P o. bar in F /h. h V saionarnem sanju velja: ( r ).5( p p ) p S p ( r ).5 S p S ( + p ) S ( p ( r )) p ( r ) ( + ) Izračun volumna aalizaorja v preočnem evnem reaorju: F f F x 86

89 . Pinar f P f p o. f f f p + p m F a. x dx ( ) r ( ) f df r Vrednos inegrala določimo numerično (npr. s pomočjo rapezne meode). Sledi: m. a. ga. h ga h 8.76 ma g F h 87

90 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # Heerogeno aalizirana, irreverzibilna reaija prvega reda je bila preučevana v prisonosi aalizaorja z različnim premerom delev v oblii rogli. Izmerjene reaijse hirosi so v odvisnosi od premera delev podane v spodnji abeli:, η, / φ, / Deff m h d p, m ( r ) m, h Konenraija reaana na površini aalizaorja je znašala S. /m. Določie onsano reaijse hirosi in efeivno difuzivnos D eff. η Hirosna enačba ima naslednjo oblio: ( r ) S Predposavimo, da je η pri d p.75 m. Odod: ( r ) S.4 m h. m h Na osnovi e predposave laho vrednosi efeivnosnega faorja pri drugih d p izračunamo s pomočjo naslednje zveze: η ( r ).4 Za reaije prvega reda in aalizaorsa zrna v oblii rogli velja: φ η φ anh φ jer je Thielejev modul Odod: φ r P D eff D eff d 4φ p d φ p 88

91 . Pinar Vrednosi φ pri različnih efeivnosnih faorjih η določimo s posušanjem ali numerično (npr. z meodo biseije) in nao izračunamo pripadajoče vrednosi efeivne difuzivnosi D eff. Iz zgornje abele je razvidno, da so dobljene vrednosi efeivne difuzivnosi D eff približno enae, ar porjuje pravilnos predposav. 89

92 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del Naloga # Kaalisi reing uparjenega plinsega olja izvajamo pri T6 o C in P o.. bar v preočnem evnem reaorju ( ε ), napolnjenim s srnjenim slojem SiO -l O aalizaorja v oblii rogli s polmerom r P.88 m. Reaija je psevdo prvega reda. Pri napajalni hirosi. /h/m sloja je bila dosežena 5 %-na onverzija. Efeivna difuzivnos v aalisem zrnu znaša D eff.8 m /s. Izračunaje vrednos efeivnosnega faorja η. Volumsa napajalna hiros na enoo aalisega sloja je enaa: Φ V v a.. h m sloja s 6 h m K 7.5 K m 4. s m sloja Snovna bilana za preočni evni reaor s srnjenim slojem aalizaorja: Φ v d η dv a. ln V η Φ a. v η ln Φ V v a. m ln 4. s m sloja.86 s φ r P D eff r P.86 ηd eff.88m.86 s m η.8 s 5.6 η Za reaijo prvega reda velja: 5.6 φ η η φ anh φ anh η η Vrednos efeivnosnega faorja η v zgornji enačbi določimo bodisi s posušanjem bodisi numerično (npr. z meodo biseije). Sledi: η. 65 in φ. 9

93 . Pinar Naloga # Heerogeno aalizirano reaijo, aere hirosna enačba glasi:. 5 ( r ) η, [( r )] S L h a. izvajamo v preočnem evnem reaorju v prisonosi rdnega aalizaorja z deli sferične oblie. Vsopna onenraija reaana je enaa.5 /L. Pri ej onenraiji znaša Thielejev modul φ 8.. Določie vrednos voiena reaana. V a. Φ v za 8 %-no onverzijo Iz Bishoffove zveze sledi: φ n S V em primeru je n.5. Sledi: / 4 φ S / 4 / 4 S S / S S,.5 φ φ φ η φ anh φ Snovna bilana za preočni evni reaor s srnjenim slojem aalizaorja: Φ v d η S.5 S dv a. V Φ a. v.5.5 d η S.5 S.5.5 d η S.5 S S, /L φ, / η, / Inegrand, L.5.5 Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. z uporabo rapezne meode). Sledi: 9

94 Kemijso reaijso inženirsvo Zbira rešenih nalog -. del V Φ a. v L L

95 . Pinar Naloga # Heerogeno aalizirano reaijo drugega reda izvajamo v preočnem evnem reaorju, napolnjenim z aalizaorjem, aerega deli so lamelne oblie. Vsopna onenraija reaana je enaa. /L. Pri ej onenraiji znaša Thielejev modul φ 4.. Zvezo med Thielejevim modulom in efeivnosnim faorjem podaja naslednja enačba: η φ +.59φ +.759φ +.78φ Določie vrednos voiena V a. Φ v za 9 %-no onverzijo reaana. Iz Bishoffove zveze sledi: φ n S V em primeru je n. Sledi: / φ S φ φ / / S S / S S,. Snovna bilana za preočni evni reaor s srnjenim slojem aalizaorja:. ΦvdS ηsdva. Va. Φ ds η v. S S, /L φ, / η, / Inegrand, L Vrednos inegrala izračunamo numerično (npr. z uporabo rapezne meode). Sledi: V Φ a. v. L 9