22 Chemié reatory Egon Eert, Miloš Mare, Vladimír Mía V aždém tehnologiém proesu, de proíhá hemiá či iohemiá změna, e hemiý či iohemiý reator ednou z nevýznamněšíh součástí provozního zařízení. Při návrhu reatoru e ovyle ílem vyroit požadovaný produt danou ryhlostí ze zadanýh reačníh slože. Přitom vyházíme z ilane hmotnosti a energie (resp. entalpie) a příslušnýh inetiýh vztahů. A Výpočtové vztahy 22. Chemiá inetia a vztahy pro reační ryhlost Uvažume uzavřený, izotermiý a izoariý systém. Nehť v systému proíhá reae mezi složami, eíž stehiometriá rovnie e ν M = 0 = de ν e stehiometriý oefiient a M - molární hmotnost složy. Můžeme definovat reační ryhlost r ao dn r (22-a) V ν dτ Změna látového množství n složy v ednotovém oemu reační směsi V s časem τ, t. reační ryhlost složy (ryhlost vzniu či zániu složy), e definována ao r V ( τ ) dn = ν r dτ Jestliže e oem reační směsi onstantní, pa d r = a r = d ν dτ dτ (22-) (22-2) de e molární onentrae složy. Jestliže proíhá v systému současně nezávislýh reaí mezi složami, platí pro liovolnou -tou reai stehiometriá rovnie = ν = 0 ( =, 2,..., ) (22-3a) M de ν e stehiometriý oefiient složy v -té reai. Celová reační ryhlost složy, r se vyadřue vzorem r = ν = r ( =, 2,...,) (22-3) 22 -
de r e reační ryhlost -té reae. Počet nezávislýh reaí v daném reačním shématu se rovná hodnosti matie stehiometriýh oefiientů ν. Reační ryhlost homogenníh reaí ovyle vyadřueme ryhlostním vztahem ( ) r= T = a e ryhlostní onstanta a a - řád reae vzhledem e slože ; (22-4) a = ase nazývá elový řád reae. Hodnoty a sou shodné s hodnotami stehiometriýh oefiientů ν pouze ve zvláštníh případeh (např. edná-li se o elementární reae). Závislost ryhlostní onstanty na teplotě se ovyle uvádí v Arrheniově tvaru = exp (-E/RT) = (22-5) Zde e frevenční fator, E - ativační energie, T - termodynamiá teplota a R - plynová onstanta. Pro vratnou reai platí r = a = = ' (22-6) de e ryhlostní onstanta zpětné reae a - řád zpětné reae vzhledem e slože. Pro reační rovnováhu plyne vztah ( T ) = K ( T ) a ( T ) (22-7) de K a (T) e rovnovážná onstanta (vyádřená ativitami reaguííh slože). Rovnovážnou onstantu můžeme např. stanovit ze standardní molární reační Gisovy energie (viz rovnii (0.3-6) v [M]). U reaí v plynné fázi vyadřueme molární onentrai vztahem p = zrt U heterogenně-atalytiýh reaí užíváme uď ryhlostníh vztahů, teré vyházeí z představ o adsorpi slože, pro vratnou reai A = např. ve tvaru A 2 r = + K + K A A neo ryhlostníh vztahů v moninovém tvaru, např. (22-8) a r= a (22-9) A 2 2 Změnu složení reační směsi můžeme např. vyádřit pomoí rozsahu reae (stupně přeměny) ξ neo onverze složy, ζ. Pro vsádový reator platí (index 0 označue podmíny na začátu reae) 22-2
n n 0 ζ n 0 ξ = = (22-0) ν ν ζ n 0 n ν = = ξ (22-) n n 0 0 Při onstantním oemu reační směsi lze použít stupně přeměny vztaženého na ednotu oemu ξ V 0 ζ 0 ξv = = (22-0a) ν ν případně onverze ve tvaru 0 ν ζ = = ξ (22-a) 0 0 22.2 Vsádový reator héma vsádového reatoru e na or. 22-. ilani látového množství zapisueme v ideálně promíhávaném vsádovém reatoru pro zvolenou složu. Jestliže v reatoru proíhá nezávislýh reaí, stačí úplnému popisu systému zapsat ilaní látového množství, přičemž zylé proměnné můžeme dopočítat pomoí stehiometriýh vztahů. ilane látového množství složy má tvar dn = ν rv = rv dτ = Or. 22-. héma vsádového reatoru =, 2,..., K (22-2) ilane entalpie pro izoariý systém má tvar (T e termodynamiá teplota, p - měrná tepelná apaita reační směsi při onstantním tlau) d( V p ρt dτ ) = V = ( Δ h ) r Q r (22-3) 22-3
To energie teplosměnnou plohou Q ovyle určíme ze vztahu Q= T A(T - T C ) (22-4) de T e součinitel prostupu tepla, A - teplosměnná ploha, T - teplota reační směsi závislá na čase a nezávislá na místě a T C - teplota teplosměnného media. Hodnotu T určíme např. pro rovinnou teplosměnnou plohu ze vztahu = + + δ i α α λ T R C i i (22-5) de α R e součinitel přestupu tepla na straně reačního media, α C - součinitel přestupu tepla i na straně teplosměnného media a člen ( ) δ i / λ i představue tepelný odpor stěny složené z vrstev, přičemž δ i sou tloušťy ednotlivýh vrstev a λ i - příslušné tepelné vodivosti. Řešení soustavy rovni (22-2) a (22-3) e možno ve zvláštníh případeh (izotermiý neo adiaatiý reator) zednodušit. Napřílad v izotermiém reatoru při onstantní hustotě vsády a ediné reai platí pro dou reae τ r τ r = ν ζ ξ 0 = = 0 d r ν Zde index 0 značí začáte a index one reae. 0 dζ r 0 dξ r (22-6) 22.2. Výpočet vsádového reatoru Postup výpočtu oemu reatoru můžeme shrnout do těhto roů:. Zadání reačníh podmíne a onečné hodnoty onverze, resp. onentrae líčové složy. 2. Určení potřené doy reae τ r řešením ilaní látového množství (izotermiý průěh reae) neo společným řešením ilaní látového množství a ilane entalpie (neizotermiý průěh reae). 3. Výpočet doy potřené pro reační ylus τ 4. τ = τ r + τ p + τ v de τ p e doa plnění a τ v e doa vyprazdňování reatoru. Určení počtu reačníh ylů za ilanční odoí τ (22-6a) = τ / τ (22-7) 5. Určení látového množství produtu n,p, teré e třea vyroit v reačním ylu m, n,p = M (22-8) Zde m, e hmotnost produtu (složy ), terou e třea vyroit za ilanční odoí ylů. Potřený oem reační směsi e 22-4
V = n, P, P ( τ ) r (22-9) de, P e onentrae složy v produtu. Ovyle pa volíme sutečný oem reatoru rovný 4/3 až 3/2 vypočteného oemu. 22.3 Průtočný reator s míháním Průtočný reator s míháním e znázorněn na or. 22-2. Předpoládáme doonalé promíhávání; výstupní onentrae a teploty sou shodné s hodnotami uvnitř reatoru. Or. 22-2. Průtočný reator s míháním ilane látového množství v ustáleném stavu e vyádřena vztahem 0 n n = ν r V = r V =, 2,..., K (22-20) = Zde n = V, n 0 = 0V 0 ; popisu postačue ilaní. Jestliže V = V 0 = onst, můžeme ilani látového množství zapsat ve tvaru 0 τ = = ν r Zde e střední doa prodlení = r (22-2) τ =V / V (22-22) Za předpoladu, že oem reační směsi V e onstantní a v reatoru proíhá nezávislýh reaí, e entalpiá ilane ve staionárním stavu Q τ ( Δh ) r = 0 [ h ( T0 ) h ( T )] V (22-23) r = = Použie-li se střední tepelné apaity reační směsi, dá se ilane upravit na tvar T 0 - T = τ = ( Δh ) r Q r ρ V ρ p p (22-24) p e střední měrná tepelná apaita při onstantním tlau reační směsi. Odto energie teplosměnnou plohou Q e vyadřován odoně ao u vsádového reatoru - rovnií (22-4). Záladní metody výměny tepla v reatoru sou znázorněny na or.22-3. 22-5
Or. 22-3. Záladní metody výměny tepla v reatoru 22.3. tailita průtočného reatoru s míháním Všimněme si nyní líže řešení ilane látového množství a ilane entalpie pro průtočný reator s míháním. Jestliže zvolíme např. ednoduhou nevratnou reai prvého řádu A = P se vztahem pro reační ryhlost r = exp (-E/RT) A (22-25) musíme při neznámé reační teplotě T řešit ilani látového množství (22-2) a ilani entalpie (22-24) společně. Označme ( ) ( ) ( ) H H T T V A V C = C = p + T p T0 + T ATC (22-26) Kominaí (22-2) a (22-24) zísáme ( / ) ( / ) hv E RT HG = HG( T ) = Δ r A0 exp - + exp - E RT (22-27) Ve staionárním stavu musí platit HC = H G. Za určitýh podmíne mohou při exotermié reai existovat tři staionární stavy (provozní teploty T ) reatoru, z nihž, vzhledem e olísání provozníh podmíne, pouze dva raní sou stailní (viz P22-9), protože v nih platí dh dt C dh dt G 22.3.2 Výpočet průtočného reatoru s míháním. Při výpočtu oemu reační směsi e ovylý tento postup: Zadání reačníh podmíne, výstupní onentrae, respetive onverze ζ reatantu, výstupní teploty a podmíne přestupu tepla. 2. Určení množství produtu za ilanční odoí τ n, p, = m M τ (22-28) 22-6
3. Určení oemu reační směsi v reatoru řešením ilaní látového možství a ilane entalpie ; sutečný oem reatoru e pa volen ao 4/3 vypočteného oemu. 22.4 Kasáda míhanýh průtočnýh reatorů Kasáda míhanýh průtočnýh reatorů e znázorněna na or. 22-4. Or. 22-4. héma asády míhanýh průtočnýh reatorů 22.4. Analytié metody výpočtu Jestliže v asádě proíhá nezávislýh reaí, můžeme zapsat ilani látového množství pro -tý reator ve tvaru n ( ) n + ν r V = 0 (22-29) Jestliže V = onst, n = = V ( ) + τ ν r = 0 (22-30) = Zde τ = V / V. Pro nezávislýh reaí a N-člennou asádu e tedy třea řešit N ilaní látového množství. Entalpiou ilani zapíšeme ve tvaru T T = τ ( Δhr ) = r Q ρ V ρ p p (22-3) Jestliže v asádě reatorů proíhá reae prvého řádu A = ryhlostí r = A, e onentrae reatantu na výstupu z N-členné asády A N = A0 N = + τ Jestliže τ = τ 2 =... = τ N, = 2 =... = N, A0 AN = ( + τ N N ) N 22-7 (22-32) (22-33)
Pro reai A =, eíž ryhlost e r = A a můžeme použít iteračního postupu (Newtonova metoda). Označíme a zísáme ilane látového množství pro -tý člen asády e a A(-) - A = τ A (22-34) A = τ a- A( - ) = A A( -) A a + - = 0 (22-35) Hodnotu v m-tém iteračním rou vypočteme ze známé hodnoty v (m-). rou podle vztahu,m = m ( ) A m- ( ) + ( m ) a a- aa ( m-) + Iterační postup můžeme zaháit volou 0 =. (22-36) Or. 22-5. Grafiá metoda výpočtu izotermié asády průtočnýh reatorů s míháním 22.4.2 Grafié metody výpočtu Uvažume edinou reai s ryhlostním vztahem r = r ( ). ilani látového množství (22-30) můžeme upravit do tvaru r = ν r ( ) = τ ( ) τ (22-37) Grafiý postup řešení pa pro případ onstantní a proměnné teploty v ednotlivýh reatoreh e zřemý z or. 22-5 a 22-6. 22-8
Or. 22-6. Grafiá metoda výpočtu asády průtočnýh reatorů s míháním s proměnnou provozní teplotou 22.5 Truový reator 22.5. Truový reator s homogenní reační směsí Truový reator s homogenní reační směsí e znázorněn na or. 22-7. ilani látového množství pro líčovou složu a pro nezávislýh reaí za předpoladu pístového tou reatorem můžeme zapsat ve tvaru dn = ν r dv = ν r dz = = de e průtočný průřez pro reační směs. Pro ednu reai dostáváme po integrai V n e dn = = n ν r n i 0 ζ e 0 dζ ν r Zde ζ e e onverze na výstupu z reatoru. (22-38) (22-39) Or. 22-7. héma truového reatoru s pístovým toem Jestliže e oemový průto reační směsi reatorem onstantní, t. = V = υ (υ e ryhlost proudění zprůměrněná podle průřezu), pa vzhledem platnosti rovnie (22-38) V i 22-9
d υ dz ( T) = ν r, (22-40) Když položíme τ = L/υ, de L e déla reatoru, vidíme, že ilanční vztahy odpovídaí vztahům pro vsádový reator. Jao prostorová ryhlost ývá označen poměr V /V neo V i /V. Jestliže V i V, pa můžeme použít hmotnostní ilane ve tvaru φ d x dz = ν M r (22-4) de φ e intenzita hmotnostního tou reační směsi, φ = ( V i ρ i )/, x e hmotnostní zlome složy a z e vzdálenost ve směru proudění směsi. neo Pro současně proíhaííh reaí můžeme zapsat ilani entalpie ve tvaru dt υ d z = Δ r ρ dt φ = dz = ( h ) r Qz ( ) p p ρ ( Δ h ) r Qz ( ) r = p p Funi výměny tepla volíme ovyle ve tvaru (22-42) (22-43) Q(z) = T O (T - T ) (22-44) de O e ovod teplosměnné části truy. oučinitel prostupu tepla T vypočteme z odoy rovnie (22-5) pro válovou stěnu. 22.5.2 Výpočet truového atalytiého reatoru Při návrhu truového atalytiého reatoru můžeme vyádřit reační ryhlost vztaženou na ednotový oem vrstvy atalyzátoru postupem, ímž sme se zaývali v předhozíh odstavíh. Jestliže e mezerovitost atalytié výplně rovna ε a hustota atalyzátoru rovna ρ K, pa při oemu vrstvy atalyzátoru V K e vztah mezi oemem reační směsi a oemem vrstvy V = ε V K a potřená hmotnost atalyzátoru e rovna m K = V K ρ K ( - ε ). Jestliže reae proíhá izotermiy a můžeme předpoládat ustálený stav a pístový to, pa potřený oem vrstvy atalyzátoru e podle vztahu (22-39) zapsaného pro reatant A V K ζ Ae n Ai dζ A = = n ε r ζ Ae Ai 0 A 0 dζ r A A Zde r A, a e u atalytiýh reatorů ovylé, e vztažena na ednotový oem vrstvy. Je-li reační ryhlost vztažená na ednotovou hmotnost atalyzátoru, pa platí r A 22-0
r = A ra ρ = ( ε) ρ ( ε) r A ε (22-45) Při neizotermiém průěhu děe e třea u reatorů, ež nesou provozovány adiaatiy, nědy uvažovat taé gradient teploty ve směru olmém na směr proudění. Je pa třea použít výpočtu tzv. dvourozměrného modelu. lesaíí hodnotou poměru dély průměru reatoru roste význam promíhávání ve směru proudění (podélné promíhávání). 22.6 Transportní evy 22.6. Vnitřní difuze ilane látového množství složy A uvnitř částie atalyzátoru může ýt ve staionárním stavu pro edinou reai A = řádu n zapsána ve tvaru D ea 2 d A a r dz + d A 0 2 z dz + A = (22-46) de D ea e efetivní difuzní oefiient složy A a a e zde parametr definuíí tvar částie. Jestliže se edná o částie ve tvaru neonečné desy, a = 0, edná-li se o částie ve tvaru neonečného vále, a = a pro ulové částie a = 2. Or. 22-8. Částie atalyzátoru ve tvaru desy Na or.22-8 e znázorněna částie atalyzátoru ve tvaru desy. Pro ni maí oraové podmíny ilani (22-46) tvar z = ± L A = As (22-47) z = 0 d A /dz = 0 (22-48) Definume Thieleho modul pro reai n-tého řádu s reační ryhlostí r = povrhu částie, de e molární onentrae reatoru n- As / Φ L ( D ) ea Konentrační profil v částii atalyzátoru e pro reai prvého řádu (a = ) As n A proíhaíí na (22-49) 22 -
osh A = As ( Φx/ L) oshφ Fator účinnosti η e definován ao poměr ryhlosti reae při sutečnýh podmínáh (22-50) ( rozložení onentrae a teploty) uvnitř atalyzátoru ryhlosti reae, dyy uvnitř částie atalyzátoru yly podmíny ao na eím vněším povrhu (onentrae As, teplota T s ) L A d x L η = = 2L As tgh Φ Φ (22-5) Jestliže udeme uvažovat částii ve tvaru uličy o poloměru R 0, pa Thieleho modul Φ R e pro reai prvého řádu definován vztahem Φ R = R 0 (/D ea ) (22-52) Or. 22-9. Závislost fatoru účinnosti na Thieleho modulu Fator účinnosti e η = 3/Φ R [/tgh Φ R - /Φ R ] (22-53) Pro reae inýh řádů než prvého či nultého musíme řešit ilani látového množství (22-46) numeriy. Výsledy taovýh výpočtů sou znázorněny ve tvaru závislosti fatoru účinnosti na Thieleho modulu na or. 22-9. 22.6.2 Určení efetivního difuzního oefiientu Jestliže porozita částie atalyzátoru e ε p a uvažueme-li, že D Am e moleulární difuzní oefiient složy A při reačníh podmínáh (zištěný experimentálně či výpočtem) a 0 e routivost (viz rovnii (8-6) v [N ]), terá e mírou dély difuzní dráhy uvnitř částie (t. 22-2
mírou zařivenosti a vzáemného propoení pórů; často 0 = 2 5), pa e efetivní oefiient moleulární difuze D DeAm = ε p 0 Am (22-54) Jestliže e poloměr pórů menší než střední volná dráha moleul či e s ní veliostí srovnatelný [např. (5 0).0-0 m], proíhá transport hmoty uvnitř pórů Knudsenovou difuzí a zde opět vypočteme efetivní oefiient Knudsenovy difuze D eak ze vztahu [] D eak = ε p D AK / 0 (22-55) přičemž oefiient Knudsenovy difuze D AK pa určíme ze vztahu [] D AK = 3,067r p (T/M A ) (22-56) Zde r p e poloměr pórů, T - termodynamiá teplota a M A - molární hmotnost složy A. Platí /D ea = /D eak + /D eam (22-57) Reační ryhlost ovlivněnou vnitřní difuzí pa můžeme vypočítat ao r( A, T) = r( As, T s ) (22-58) 22.6.3 Vněší difuze Jestliže existue rozdíl mezi onentraí v ádře proudíího plynu A a na vněším povrhu částie As a uvažueme neporézní částii, ude platit a( A - As ) = - r As = n As (22-59) Zde e součinitel přestupu hmoty povrhu části atalyzátoru, a - mezifázová ploha vztažená na ednotu hmotnosti atalyzátoru a r As - ryhlost reae složy A na povrhu vztažená na ednotu hmotnosti atalyzátoru. Pro reai prvého řádu As = + A / a Fator účinnosti pa určíme ze vztahu - r A As = + / a (22-60) /η = Φ/tgh Φ + L (22-6) protože a = / L, de L e poloviční tloušťa částie ve tvaru desy. Jestliže Φ / tgh Φ >> L/, e reae řízena vnitřní difuzí; estliže L/ >> Φ / tgh Φ, pa e reae řízena vněší difuzí; estliže η, edná se o inetiý režim. Pro fator přestupu hmoty D = ( /υ) 2/3, de = ν/d A, se v rozsahu 22-3
Re < 3; 2.0 4 > udává vzore pro oefiient přestupu hmoty mezi teutinou a vrstvou části [] ε D = 0,357/Re 0,359 (22-62) Zde Re = υ d p / v, υ e mimovrstvová ryhlost proudění, v - inematiá visozita teuté reační směsi, d p - průměr částie atalyzátoru. oučinitel přestupu hmoty tedy můžeme určit ao funi Reynoldsova a hmidtova riteria. 22.6.4 Přestup tepla uvnitř částie atalyzátoru Jestliže označíme symolem λ e efetivní tepelnou vodivost částie atalyzátoru, pa rozdíl mezi teplotou T uvnitř částie atalyzátoru a teplotou povrhu T s zísáme ze vztahu ( ) ΔT = T - T s = Δh r λ e D ea ( As - A ) (22-63) Maximální dosažitelný teplotní rozdíl vypočteme pro A 0. Experimentální údae o hodnotáh λ e sou puliovány. Orientačně můžeme uvažovat λ e = 0,2 W m - K -. Většinou e hodnota ΔT zanedatelná. Jestliže tomu ta není, musíme řešit ilani látového množství (22-46) numeriy ta, že uvažueme reační ryhlost r A ao funi teploty, přičemž mezi teplotou a onentraí platí vztah (22-63). 22.6.5 Vněší přestup tepla Jestliže existue rozdíl mezi teplotou ádra proudíího plynu T a teplotou povrhu částie atalyzátoru T s, ude platit, uvažueme-li neporézní částii α a (T - T s ) = r As (- Δh r ) (22-64) Zde e α součinitel přestupu tepla a ovyle platí D = H, přičemž H = α Pr 23 / Pr = p η ρυ p λ (22-65) de η e visozita a λ - tepelná vodivost teuté reační směsi. Kominaí rovni (22-59) a (22-64) zísáme vztah ( A - As )(- Δh r ) = α (T s - T ) (22-66) Ze vztahů (22-62), (22-65) a (22-66) tedy můžeme vypočítat teplotu na povrhu atalyzátoru T s při známé hodnotě T. Úlohy U22-: Uvažume elementární nevratnou reai 2 NO + O 2 = 2 NO 2 proíhaíí za onstantního tlau 0,03 MPa. Ryhlostní onstanta při teplotě 30 o C e,325.0 4 22-4
m 6 mol -2 s -. Naděte složení směsi po 0 s, estliže na počátu ylo složení 9 % NO, 8 % O 2 a 83 % N 2 (všehna proenta sou oemová). Výslede : ložení ude 2,8 % NO, 6,5 % NO 2, 5 % O 2 a 85,7 % N 2. U22-2: Často se používá pravidlo, že reační ryhlost se zvětší při zvýšení teploty o 0 K dvarát. a) Jestliže se reae provádí při teplotě 20 o C, aá y musela ýt hodnota ativační energie, ay pravidlo platilo přesně? ) Určete totéž pro teplotu 500 K. Výslede : a) 5,2 J mol - K -, ) 47 J mol - K -. U22-3: Uvažute reae v apalné fázi proíhaíí ve vsádovém reatoru A + = C = D. Ryhlostní onstanta první reae e, druhé reae 2. Jestliže počáteční onentrae ednotlivýh slože ve směsi sou A0, 0 a C0 = 0 a oě reae sou prvního řádu vzhledem e aždé slože, uažte, že v čase τ e onentrae složy A dána vztahem A = ( ) ( ) A0 A0 0 [ τ ] exp A0 0 A0 0 Určete průěh onentrae složy C v čase. U22-4: 500 g fosfinu se rozládá ve vsádovém reatoru za onstantního oemu při teplotě 945 K po dou 200 s a za tlau 0,0 MPa. Vypočtěte a) hmotnost vznilého fosforu v g, ) čas potřený rozladu 95 % fosfinu při teplotě 945 K. Kinetiá data sou v úloze 22-40. Výslede : a) vznine 399 g, ) rozladu ude třea 288 s. U22-5: V autolávu proíhá izotermiy reae A = 2,4 R v plynné fázi. Jeí ryhlostní onstanta e 2.0-4 s -. Vypočtěte a znázorněte grafiy, a se mění v autolávu tla s časem, estliže autoláv na počátu naplníme čistou látou A na tla 0, MPa. Jaého extrémního tlau můžeme v autolávu dosáhnout? Výslede : Tla p [MPa] se ude měnit s časem τ [s] podle vztahu p = 0,24-0,4 exp (-τ /5000). Maximální tla ude 0,24 MPa. U22-6: utylaetát se připravue ve vsádovém reatoru z yseliny otové a utanolu. Určete dou potřenou dosažení 50 % onverze yseliny, estliže na počátu reae osahue vsáda utanol a yselinu otovou (složa A) v molárním poměru 4,97 :. Určete oem reatoru a vsádu ednotlivýh reačníh slože, potřené výroě 50 g h - esteru. Doa potřená výměně vsády a vyčištění reatoru e 45 min. Reační ryhlost e popsána vztahem r = A 2, přičemž =,74.0-2 m 3 mol - min -. Hustota vsády v reatoru může ýt uvažována onstantní, hustota yseliny otové e rovna 958 g m -3 utanolu 742 g m -3. Výslede : Oem reatoru e 0,62 m 3, vsáda ude osahovat 66,6 g yseliny otové a 409 g utanolu, doa reae e 32, min. 22-5
U22-7 : Vypočtěte reační dou pro následuíí reae, teré proíhaí ve vsádovém reatoru se 75%ní onverzí složy A. a) 2 A = r = A 2 ) A + = C r = A ) A = A = C d) 2 A + 2 = C = D + E r = A r 2 = 2 A e) A = r = A - 2 A0 = mol m -3 0 = 0 mol m -3 = 5,5.0-3 m 3 mol - s - A0 = mol m -3 0 = 2 mol m -3 = 2,5.0-4 m 3 mol - s - A0 = mol m -3 0 = C0 = 0 mol m -3 =,67.0-3 s - 2 = 3,83.0-3 s - 2 r = A A0 = 0,02 mol m -3 r 2 = 2 C 0 = 2,00 mol m -3 C0 = 0,00 mol m -3 D0 = E0 = 0 mol m -3 =,94.0-4 m 6 mol -2 s - 2 = 4,72.0-3 s - A0 = mol m -3 0 = 0 mol m -3 = 3,472.0-3 s - 2 = 4,67.0-4 s - Výslede : a) 273 s, ) 3665 s, ) 252 s, d) 2930 s, e) 472 s. U22-8: Dimerizae utadienu (složa ) v plynné fázi 2 C 4 H 6 = C 8 H 2 se provádí v disontinuálním míhaném autolávu při teplotě 600 K, počáteční tla e,5.0-5 MPa. Reační ryhlost e popsána vztahem r = p 2, de = 6,46.0-3 mol m -3 Pa -2 s -. a) Jestliže do autolávu e dávován čistý utadien, aé ude složení a tla v autolávu po 200 s? ) Znázorněte grafiy časový průěh pariálníh tlaů oou slože. Výslede : a) 63,3 mol. % C 4 H 6,,097.0 5 Pa. U22-9: V apalné fázi ve vsádovém reatoru se provádí reae A + = C. Ryhlostní rovnie e dána vztahem r = A.Vypočtěte potřený reační oem, má-li se ročně zpraovat 4,4 t reační směsi A +, přičemž se počítá s 90 % onverzí složy A. a) Uvažute změnu reačního oemu ěhem reae. ) Předpoládete onstantní reační oem. Data : m 0 /m A0 = 2,5, = 8,33.0-5 m -3 mol - s -, doa pro plnění a vyprazdňování e 800 s. 22-6
Láta ρ g m 3 A 830 46 800 58 C 950 04 M g mol Výslede : a),,07 m 3, ),2 m 3. U22-0: K výroě polystyrenu se užívaí dva izotermié vsádové reatory, aždý o oemu 3 m 3. Požadovaná produe e 6000 t zpraované vsády za ro (8000 h), přičemž se uvažue onverze styrenu (složa ) 30 %. Vsáda osahue 93 hmotn. % styrenu a 7 hmotn. % polyutadienu. Reační ryhlost e dána vztahem r = 3/2, de =,053.0 0 exp(-97,2/rt) m,5 mol -0,5 h -, = 7,88 mol m -3,doa potřená naplnění a vyprázdnění e 3 h. a) Při aé reační teplotě se podaří splnit požadovanou produi? ) Koli polystyrenu se vyroí, estliže polyutadien e osažen v produtu? ) O oli % se zvýší produe, estliže se podaří zrátit dou plnění a vyprázdnění o půl hodiny? Výslede : a) 39 K, ) 2,09 t za ro, ) o 7,6 %. U22-: V izotermiém vsádovém, ideálně míhaném reatoru se vyráí polystyren při teplotě 378 K. Počáteční onentrae styrenu e 7,52 mol m -3, oem reatoru e 30 m 3, Δh r = 69,4 J mol - a onverze styrenu e 27 %. Vypočtěte oli energie e nutno elem odvést. Výslede : 4,2.0 6 J. U22-2: Homogenní reae v apalné fázi A + = C + D se provádí v ideálně míhaném vsádovém reatoru. Jsou dispozii tato data: počáteční teplota směsi e T 0 = 33 K, A0 = 2,4 mol m -3, Δh r = - 67,6 J mol -, hustota směsi e přiližně onstantní 960 g m -3, střední měrná tepelná apaita reační směsi e přiližně onstantní 2,09 J g - K -. K dosažení onverze 40 % A e potřea 4,7 h. Ověřte, zdali e možno reator do této onverze provozovat ao adiaatiý, estliže teplota v reatoru nesmí přeročit 373 K. Výslede : Nelze, teplota y dosáhla 393 K. U22-3: Homogenní reae A + = C se provádí ve vsádovém ideálně míhaném reatoru. Počáteční teplota směsi e 293 K. K dispozii sou tato data : A0 = 5 mol m -3, Δh r = -2,96 J mol -, ρ = 830 g m -3, p =,257 J g - K - (hustota a měrná tepelná apaita reační směsi sou onstantní). Vypočtěte a znázorněte grafiy závislost onverze složy A na teplotě při adiaatiém provozování reatoru v rozsahu reační teploty T = (293 393) K. Výslede : Konverze pro teplotu 393 K ude 95 %. U22-4: Homogenní reae A = v apalné fázi se provádí v ideálně míhaném průtočném reatoru.ryhlostní vztah e r =, de = 0,094 h -, = 0,02 h - Vstupní onentrae sou : A0 = 9,22 mol m -3, 0 = 0,67 mol m -3. A 22-7
a) Ja velý musí ýt oem reatoru, estliže se nastřiue 0,5 m 3 h - a v reatoru se má vyroit,4 mol h - složy? ) Vypočtěte onentrae na výstupu z reatoru. Výslede : a),74 m 3, ) A = 7,09 mol m -3, = 2,8 mol m -3. U22-5: Nevratná reae druhého řádu v apalné fázi A + = C + D se provádí v ideálně míhaném průtočném reatoru. Data : onverze složy A e 40 %, A0 = 4,6 mol m -3, 0 = mol m -3, C0 = D0 = 0 mol m -3 ; ryhlostní onstanta = 3,2.0-6 m 3 mol - s - ; molární hmotnosti a hustoty sou : Láta M g mol - ρ gm 3 A 60,0 960,0 44,07 76,0 C 88,7 797,0 D 8,00 958,4 a) Jaý oem musí mít reator na výrou 500 t za ro složy C? ) Vypočtěte nástři do reatoru v g h -. ) Jaá e onentrae všeh slože v reatoru? Výslede : a) 2,43 m 3, ) 293 g h -, ) A = 2,76 mol m -3, = 9,6 mol m -3, C =,84 mol m -3. U22-6: V ideálně míhaném průtočném reatoru o oemu 0 m 3 se izotermiy při teplotě 423 K hydrolyzue ethylenoxid (A) na ethylenglyol: C 2 H 4 O + H 2 O = C 2 H 4 (OH) 2. Reae e atalyzována ionty (OH)-. Jsou dispozii tato data: A0 =,7 mol m -3, ζ A = 0,85, r = A, =,88.0 5 exp (-67200/RT) s -. a) Ja velé roční produe etylenglyolu ude možno dosáhnout (uvažute provozní dou 8000 hodin za ro)? ) Jaé látové množství ethylenoxidu za hodinu ude nutno nastřiovat? ) Vypočtěte dou, za terou se zvýší onverze o 0 % v reatoru, estliže vzhledem havarii dode přerušení dávování surovin a odeírání produtu. Výslede : a) 2,72.0 3 t, ) 6,44 mol h -, ) 840 s. U22-7: Reae v apalné fázi A = + C se provádí v průtočném ideálně míhaném reatoru o oemu 3,5 m 3. Požadue se 95 % onverze. V laoratoři yla zištěna inetia reae ve tvaru r = A, de = 0,047 s -. a) Jaé množství složy A ( ρ A = 870 g m -3 ) e možno ročně zpraovat? ) Ja e nutno změnit nástři, má-li se praovat s 98%ní onverzí? ) Znázorněte grafiy závislost onverze na střední doě prodlení v reatoru. Výslede: a) 65,4 t, ) 3,64 m 3 h -. U22-8: V průtočném ideálně míhaném reatoru proíhaí za onstantního oemu současně reae 2 A = C a A + = D.Reator má oem 3 m 3, onentrae na vstupu sou 22-8
A0 =,85 mol m -3, 0 =,3 mol m -3. Experimentálně yla zištěna tato inetiá data : pro první reai r = A 2, =,7.0 8 exp (-50000/RT) m 3 mol - h -, pro druhou reai r 2 = 2 A, 2 = 4,47.0 8 exp (-65000/RT) m 3 mol - h -. a) Určete přípustný nástři, při terém ude dosaženo elové onverze složy A 90 % při praovní teplotě 348 K. ) Pro tento nástři určete onentrae, teré se v reatoru ustálí při zvýšení praovní teploty na 363 K. Výslede: a) 0,538 m 3 h -, ) A = 0,26 mol m -3, = 0,896 mol m -3, C = 0,660 mol m -3, D = 0,404 mol m -3. U22-9: V ideálně míhaném průtočném reatoru o oemu 0 m 3 se vyráí z ethylenoxidu ethylenglyol C 2 H 4 O + H 2 O = C 2 H 4 (OH) 2 ( A + = C). Požadue se produe 8000 t ethylenglyolu za ro (8000 h). K dispozii sou data : A =,7 mol m -3, = 0 mol m -3, r =,9.0-5 exp (-8083,7/T) A mol m -3 s -. Jestliže má reator praovat s 90%ní onverzí, aá musí ýt praovní teplota? Výslede: 459 K. U22-20: Při výroě polystyrenu se má zpraovat 500 t za ro směsi styrenu (složa ) a utadienu. Je dispozii ideálně míhaný průtočný reator o oemu,8 m 3 s hladiím hadem. a) Jaá musí ýt praovní teplota, má-li se praovat s onverzí 30 %? ) Jaá musí ýt střední teplota hladíího media odpovídaíí praovním podmínám odu a)? 3/2,5 0,5 - - Data: r = ; = A exp (-E/RT); A = 3,3.0 m mol h ; E = 96,79 J mol ; Δhr = -69,4 J mol - ; ro = 8000 h ; p =,886 J g - K - ; molární zlome styrenu na vstupu 0,92 ; T 0 = 308 K ; teplosměnná ploha 7,5 m 3 ; oefiient prostupu tepla 84 J m -2 h - K - ; hustota směsi 870 g m -3. Výslede : a) 370 K, ) 363 K. U22-2: V ideálně míhaném průtočném reatoru proíhá adiaatiy exotermiá reae A + = C + D, přičemž Δh r = -396 J mol -.třední molární tepelné apaity ednotlivýh slože sou pa = 29,3 J mol - K -, p = 20,9 J mol - K -, pc = 20,9 J mol - K - a pd = 29,3 J mol - K -. Do reatoru se nastřiue evimolární směs slože A a o teplotě 298 K ryhlostí 0,03 mol s -. Jestliže onverze složy A v reatoru e 70 %, vypočtěte teplotu směsi, terá reator opouští. Učiňte totéž, estliže se nástři sládá z 30 % složy A, 30 % složy a 40 % inertu, ehož střední molární tepelná apaita e 4,9 J mol - K -. Výslede : 37,5 K a 307,5 K. U22-22: Vypočtěte oem doonale míhaného průtočného reatoru, ve terém proíhá hydrolýza methylaetátu. Nástři do reatoru e 0,5 m 3 h -, teplota reační směsi e 22-9
25 o C. Na výstupu z reatoru má ýt dosaženo 90 % z maximálně možné onverze. Reae e druhého řádu a proíhá podle stehiometriého vztahu CH 3 COOCH 3 + H 2 O = CH 3 COOH + CH 3 OH ( A + = C + D) Reační ryhlost e popsána vztahem : r =. Konentrae methylaetátu na vstupu e,5 A C D mol l -, zyte e voda. Při teplotě 25 o C e =,48.0-4 l mol - min - a = 6,77.0-4 l mol - min -. Výslede : Oem reatoru ude přiližně 8,6 m 3. U22-23: Rozto aetanhydridu o onentrai 0,22 mol m -3 se hydrolyzue reaí prvého řádu vzhledem aetanhydridu v průtočném ideálně míhaném reatoru. Ve výstupním roztou má aetanhydrid onentrai 0,04 mol m -3. Hustota roztou se ěhem reae nemění a e 050 g m -3. Nastřiue se 0,05 m -3 min - do reatoru o oemu 0,750 m -3. Jestliže ploha přestupu tepla e 5 m 2, teplota hladíí vody 25 o C a oefiient prostupu tepla e 5,8 W m -2 K -, určete praovní teplotu v reatoru a teplotu nástřiu. Znázorněte grafiy řivu vývinu entalpie a přímu odvodu entalpie a určete, zda staionární stav provozu reatoru e stailní. Data: ryhlostní onstanta = exp (2,6-5526/T) s -, Δh r = 2,093.0-5 J mol -, p = 2,93 J g - K -. Výslede: Praovní od e stailní, praovní teplota 308,6 K, potřená odpovídaíí teplota nástřiu 296,4 K. U22-24: Nevratná reae prvého řádu A = se provádí ve dvou izotermiýh doonale míhanýh průtočnýh reatoreh o oemu 5 m 3 a 20 m 3. Nástři e 000 m 3 h -, ryhlostní onstanta e rovna 0,02 s -. rovnete průměrnou dosaženou onverzi, estliže sou reatory provozovány a) v sérii, ) paralelně, dy nástři e dělen v poměru : do oou větví. Výslede : a) Konverze ude 69,9 %. ) Konverze ude 58 %. U22-25: Reae 2 A = + C má ýt provozována izotermiy v asádě doonale míhanýh průtočnýh reatorů zapoenýh za seou. Průto reační směsi e roven V = 00 m 3 h -. Konentrae složy A na vstupu do asády e A0 =,5 mol m -3, onentrae slože a C na vstupu sou rovny 0 = C0 = 0. Ryhlostní onstanta reae vpřed e = 5 m 3 mol - h -, rovnovážná onstanta reae K a = 6,0. Konverze na výstupu reatoru má dosáhnout 80 % z maximálně možné hodnoty. Určete : a) oem ednoho míhaného průtočného reatoru potřený dosažení onverze 0,8 ζ max, ) počet členů asády potřený dosažení onverze ζ AD = 0,8 ζ max, estliže aždý reator má oem rovný /0 oemu vypočteného podle odu a). Vztah pro reační ryhlost můžeme uvažovat ve tvaru r = ( A 2 - C /K a ). Výslede : a) Oem ednoho reatoru ude 62,8 m 3. ) ude třea čtyř reatorů o oemu 6,28 m 3. 22-20
U22-26: tyren a utadien se polymerizuí ve stehiometriém poměru : v asádě doonale míhanýh reatorů. Oem aždého reatoru e 26,5 m 3. Jestliže počáteční onentrae styrenu e 0,795 mol m -3 a utadienu 3,55 mol m -3 a hmotnostní to nástřiu e 9,7 t h -, určete potřený počet reatorů pro polymerizai 85 % líčové složy. Data : hustota reační směsi 870 g m -3, vztah pro ryhlost reae e r = A, =.0-5 m 3 mol - s -, molární hmotnost styrenu e 04 g mol -, molární hmotnost utadienu e 54 g mol -. Výslede : Je potřea 6 reatorů. U22-27: V dosavadním uspořádání se přeměňue 90 % láty A na produty reaí druhého řádu v ediném ideálně míhaném průtočném reatoru. Plánue se nahradit tento reator dvěma menšími, zapoenými za seou. Každý ude mít poloviční reační oem stávaíího reatoru. O oli ude možno zvětšit to nástřiu při zahování 90%ní onverze? Výslede : To nástřiu ude možno zvětšit 3,3rát. U22-28: V provozu polymerae styrenu sou dispozii dva reatory, aždý o oemu,8 m 3. Má se ověřit, terý způso provozování umožní ryhleší produi, estliže se předpoládá 23%ní onverze. K dispozii sou tato data : r = A 3/2 (A - styren, ν A = -), E = 97, J mol -, T = 373 K, = 3,3.0 m,5 mol -0,5 h -, osah styrenu v nástřiu o hustotě 850 g m -3 e 92 hmotn. %. a) Jaý oemový to nástřiu do reatorů udeme moi použít, estliže e udeme provozovat ao ideálně míhané průtočné reatory zapoené paralelně? ) aým oemovým toem nástřiu udeme moi praovat, estliže reatory udeme provozovat ao asádu? ) Na oli udeme moi zvětšit oemový to nástřiu do asády, estliže teplotu ve druhém členu zvýšíme o 0 K? Výslede : a) 0,24 m 3 h -, ) 0,266 m 3 h -, ) 0,43 m 3 h -. U22-29: Hydrolýza aetanhydridu (A) CH 3 COOCOCH 3 + H 2 O = 2 CH 3 COOH se má provádět v asádě čtyř stenýh ideálně míhanýh průtočnýh reatorů, teré se udou provozovat při různýh teplotáh : Reator 2 3 4 T K 283 288 298 33 0 3 s 0,96,34 2,63 5,22 Ryhlostní vztah e r = A. Vstupní onentrae složy A do prvního reatoru ude 0,9 mol m -3, oemový to nástřiu,67.0-3 m 3 s -. a) Jaý e potřený oem ednoho reatoru, estliže požadovaná onverze e 9 %? ) Koli těhto reatorů y ylo zapotřeí, dyy všehny praovaly při teplotě 288 K? Výslede : a) 0,6 m 3, ) šest. 22-2
U22-30: Výroa ethylenglyolu (G) z ethylenoxidu (O) a vody (V) se provádí v apalné fázi v truovém reatoru s pístovým toem O + V = G.Jsou zadána tato data : r = 0, =,88.0 5 exp (-67200/RT) s -. a) Vypočtěte délu reatoru o průměru 500 mm prauíího izotermiy při teplotě 393 K, uvažueme-li onverzi 0,85 a roční produi 300 t ethylenglyolu. ) Z hledisa oemu porovnete reator vypočítaný podle odu a) s ideálně míhaným průtočným reatorem potřeným pro stenou výrou. Výslede : a) 7,4 m, ) 4,3 m 3. U22-3: Homogenní reae v plynné fázi A = 2 se provádí v izotermiém reatoru s pístovým toem. Vstupní směs do reatoru se sládá z 6,5 % složy A, 7,3 % složy a 3,2 % inertů (všehna proenta sou oemová). Tla v reatoru e 5.0 5 Pa, onverze složy A e 65 %. Reační ryhlost e popsána vztahem r = p A, de = 5,32.0-5 mol m -3 s - Pa -. a) Jaý e potřený reační oem, estliže do reatoru vstupue 650 m 3 h - směsi (měřeno při tlau 0,03 MPa a teplotě 0 o C)? ) Jaé e složení směsi vystupuíí z reatoru? Výslede : a) m 3, ) 5,4 % A, 62,3 % (proenta sou oemová). U22-32: Vinylaetát (V) e možno vyráět z yseliny otové (K) a aetylenu (A) na ativním uhlí CHC 3 OOH + C 2 H 2 = CH 3 CO O CH = CH 2. Reae proíhá při teplotě 473 K v plynné fázi. K popisu e možno použít přiližný vztah r = p A, de = 3,5.0-5 mol g - h - Pa -. Na vstupu do truového reatoru s pístovým toem sou tyto pariální tlay: p K = 5.0 5 Pa, p A = 7.0 5 Pa. a) Vypočtěte potřené množství atalyzátoru v g, estliže onverze yseliny otové e 80 % a má ýt vyráěno 8000 t vinylaetátu za ro (8000 h). ) Koli atalyzátoru y ylo třea, estliže udou pariální tlay oou reačníh slože na vstupu do reatoru 6.0 5 Pa? Celový tla zůstává onstantní. Výslede : a) 72 g, ) 925 g. U22-33: Hydrogenae nitroenzenu (N) C 6 H 5 NO 2 + 3 H 2 = C 6 H 5 NH 2 + 2 H 2 O se provádí za normálního tlau v laoratorním truovém reatoru s pístovým toem, ehož vnitřní průměr e 25 mm a déla m. Je naplněn zrnitým atalyzátorem a díy reagulai teploty praue izotermiy. Kinetia e popsána vztahem r = 0,506.0 7 N 0,58 exp (-2958/T) mol m -3 h - Molární zlome nitroenzenu na vstupu e 0,067 a oemový průto nástřiu (měřeno při tlau 0,03 MPa a teplotě 0 o C) V = 0,6 m 3 h -. a) Jaá e onverze při teplotě 50 o C? ) Při aém nástřiu v m 3 h - y yla onverze 99 %? ) Jaá y musela ýt teplota, ay molární zlome nitroenzenu na výstupu yl menší než 0,0003? Výslede : a) 97,9 %, ) 0,565 m 3 h -, ) 430,7 K. U22-34: Pro syntézu amoniau (A) v truovém reatoru s pístovým toem e možno použít pro popis inetiy zednodušeného vztahu r = ( y A - y ), de při tlau A 2,04.07 Pa a 22-22
teplotě 76 K =,09.0 3 mol m -3 h -. Zatížení atalyzátoru e 45000 m 3 h - vstupního plynu na m 3 atalyzátoru (měřeno při tlau 0,03 MPa a teplotě 0 o C). a) Vypočtěte molární zlome amoniau na výstupu, e-li eho molární zlome na vstupu 0,026 a rovnovážný molární zlome y A = 0,284. ) Ja se změní hodnota molárního zlomu na výstupu vypočtená v odě a), změní-li se díy polesu tlau rovnovážný molární zlome na 0,2? Výslede : a) 0,29, ) 0,52. U22-35: Reae v apalné fázi s onstantní hustotou 2 A + = 2 C proíhá podle ryhlostního vztahu r = A 2 v izotermiém reatoru s pístovým toem. Vstupní onentrae sou A0 = 0 =,5 mol m -3, C0 = 0 mol m -3. Požadue se 95%ní onverze. a) Jaý e to složy C na výstupu z reatoru v mol h -, e-li nástři 0, m 3 h - a ryhlostní onstanta 0,0 m 3 h - mol -? ) Jaá musí ýt déla reatoru, e-li eho vnitřní průřez 0,002 m 2? Výslede : a) 0,43 mol h -, ) 3,7 m. U22-36: V izotermiém truovém reatoru s pístovým toem proíhá nevratná reae prvého řádu. Vzhledem tomu, že yl zvýšen nástři o 20 %, ylo nutno zvýšit praovní teplotu, ay yla zahována hodnota výstupní onverze. Jestliže reae má ativační energii 6,7 J mol - a původní teplota yla 50 o C, nalezněte novou praovní teplotu. Jaá y yla tato hodnota, dyy šlo o izotermiý ideálně míhaný průtočný reator? Výslede : Praovní teplotu e nutno zvýšit o 7 o C; stené zvýšení y ylo třea v případě ideálního mísiče. U22-37: Reae v plynné fázi A = 2 proíhá při teplotě 334 K v truovém reatoru s pístovým toem, ehož průměr e 6 mm. V nástřiu e 50 mol.% složy A (molární hmotnost 40 g mol - ),zyte e inert (molární hmotnost 20 g mol - ). Hmotnostní průto nástřiu e 4000 g h -. Tla e onstantní 0,5333 MPa. Ryhlostní onstanta pro reační ryhlost reae prvého řádu e 2000 h -. Nalezněte délu reatoru potřenou pro 30%ní onverzi složy A. Výslede : Déla reatoru e 45,7 m. U22-38: ulfurylhlorid se rozládá podle shématu O 2 Cl 2 = O 2 + Cl 2. Při teplotě 320 o C e reae nevratná a má ryhlostní onstantu 2,2.0-3 s -. Vypočtěte oem průtočného truového reatoru potřený 90 % rozladu. Tla e 0,0 MPa, nástři O 2 Cl 50 g h -. Výslede : Oem reatoru e 8,43 m 3. U22-39: Nalezněte výstupní onverzi v izotermiém truovém reatoru o oemu 0 m 3, de proíhá nevratná reae v plynné fázi A = + C, eíž ryhlostní onstanta e 0,02 min - při teplotě 250 o C, tla e 0,0 MPa, nástři 50 g h -, M A = 50 g mol -. 22-23
Výslede : Konverze e 43,4 %. U22-40: Rozlad fosfinu (A) na P 4 () a H 2 (C) proíhá podle stehiometriého vztahu 4 PH 3 = P 4 + 6 H 2. Reae e endotermiá, nevratná, prvého řádu. Závislost ryhlostní onstanty [s - ] na teplotě e vyádřena vztahem log = 8963 + 2 log T+ 53,, de T e teplota v K. Určete onverzi na výstupu T z truového reatoru o oemu 2,8 m 3, prauíího za tlau 0, MPa a) izotermiy při teplotě 680 o C, ) adiaatiy se vstupní teplotou 680 o C. Nástři do reatoru e 5 g h -. Reační entalpie Δh r = 23,5 J mol - fosfinu, střední molární tepelné apaity slože pro zadaný rozsah teplot sou : p = 62,5 J K - mol -, pa = 52,8 J K - mol -, pc = 30,2 J K - mol -. Výslede : a) Konverze e přiližně 95 %. ) Konverze e přiližně 9 %. U22-4: Vypočtěte intenzitu tou látového množství složy A částii atalyzátoru o průměru.0-2 m. Konentrae složy A v ádru teutiny e mol m -3, ryhlost v ádru teutiny e 0, m s -, inematiá visozita teutiny 0,5.0-6 m 3 s -, difuzivita složy A e.0-0 m 2 s -. Reae na povrhu e velmi ryhlá (t. As 0). Využite riteriálního vztahu h = 2 + 0,236Re 0,606 /3. Výslede : 4,05.0-6 mol m -2 s -. U22-42: Reae A = produty proíhá na porézním atalyzátoru, o němž e možno předpoládat, že e ve tvaru neonečné desy s harateristiým rozměrem.0-2 m. Jestliže reační ryhlost e prvého řádu s ryhlostní onstantou = 2,5.0-2 s - a efetivní difúzní oefiient složy A e roven.0-7 m 2 s -, určete, zda reae e ovlivněna vnitřní difuzí. Vypočtěte hodnotu fatoru účinnosti. Výslede : Reae e silně ovlivněna vnitřní difuzí, hodnota fatoru účinnosti e přiližně 0,2. U22-43: Reae prvého řádu A = proíhá v uliče o poloměru.0-2 m. A e plyn o pariálním tlau asi 0, MPa a teplotě 273 K. Pozorovaná reační ryhlost e 0 mol s - m -3. Hodnota D ea e v rozsahu.0-5 -.0-4 m 2 s -. ude vnitřní difuze ovlivňovat reační ryhlost? Výslede : Ano. U22-44: Určete oefiient přestupu hmoty v mol s - m -2 Pa - v hydrodesulfuračním reatoru. Intenzita tou směsi o visozitě 3,8.0-5 Pa s e,88 g s - m -2. hmidtovo ritérium uvažute 2,96. Katalyzátor sou válečy 3,2 x 3,2 mm. Praue se za tlau 3,04 MPa. třední molární hmotnost plynu e 30,3 g mol -. Výslede : Koefiient přestupu hmoty ude 5,33.0-0 mol s - m -2 Pa -. U22-45: V taule sou uvedeny experimentálně pozorované reační ryhlosti oxidae O 2 + /2 O 2 = O 3 : 22-24
Konverze ra ( O ) 2 O 2 molh g p i Pa O 2 O 3 O 2 0, 0,0956 60 679 20370 0,6 0,089 2766 444 8950 tanovte onentrační rozdíl O 3 mezi ádrem plynu a povrhem částie. Zanedete případný teplotní rozdíl. V reatoru sou použity válečy 3,2 x 3,2 mm. Intenzita hmotnostního tou plynu e 78 g h - m -2 při tlau 0,03 MPa. Teplota atalyzátoru e 773 K a plyn osahue 6,42 mol.% O 2 - zyte e vzduh. Fyziální vlastnosti směsi počítete pro ednoduhost ao pro vzduh. Vněší povrh atalytiýh části e,05 m 2 g -. Zanedete vnitřní difuzi, neoť ativní složa atalyzátoru - platina - se nalézá hlavně na vněším povrhu. Pro ednoduhost uvažute při výpočteh en difuzivitu O 3 ve vzduhu 0,285.0-4 m 2 s -. Výslede : Konentrační rozdíl vyádřený v pariálním tlau ude v prvním případě asi 6,72 Pa, ve druhém asi,35 Pa. Literatura M Mía, V., Neužil, L.: Chemié inženýrství II. VŠCHT, 2 vyd., Praha 999 N Neužil, L., Mía, V.: Chemié inženýrství I A,. VŠCHT, Praha 998 atterfield, C. N.: Mass Transfer in Heterogenous Catalysis. Camridge, Mass., MIT Press, 970 22-25