جواب تمرین راکتور پیشرفته
جواب تمرین راکتور پیشرفته
[FONT="]تمرینهای فصل [/FONT][FONT="]10[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]طراحی راکتور پیشرفته [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]10.1. Given the two reactions[/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]where R is the desired product and is to be maximized. Rate the four[/FONT]
[FONT="]schemes shown in Fig. P10.1-either "good" or "not so good," Please,[/FONT]
[FONT="]no complicated calculations, just reason it out[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]در واکنش شماره [/FONT][FONT="]1 [/FONT][FONT="]محصول [/FONT][FONT="]R[/FONT][FONT="] درحال تولید[/FONT][FONT="]([/FONT][FONT="]محصول مطلوب[/FONT][FONT="]) [/FONT][FONT="]و در واکنش [/FONT][FONT="]2 [/FONT][FONT="]محصول [/FONT][FONT="]S[/FONT][FONT="] در حال تولید[/FONT][FONT="]([/FONT][FONT="]محصول نامطلوب[/FONT][FONT="]) [/FONT][FONT="]است[/FONT][FONT="].[/FONT][FONT="]باتوجه به[/FONT][FONT="]:[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]نسبت سرعتها را می نویسیم[/FONT][FONT="]:[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="][/FONT]
[FONT="]
از رایطه بالا مشخص می شود که نسبت سرعتها تابع غلظت [/FONT]
[FONT="]B[/FONT][FONT="]
نیست و برای اینکه [/FONT]
[FONT="]R[/FONT][FONT="]
ماکزیمم شود باید نسبت واکنش اول به دوم حداکثر شود[/FONT][FONT="]
.[/FONT][FONT="]
پس باید غلظت [/FONT]
[FONT="]B[/FONT][FONT="]
را پایین نگه داشت و غلظت [/FONT]
[FONT="]A[/FONT][FONT="]
را بالا برد[/FONT][FONT="]
.[/FONT]
[FONT="]R[/FONT][FONT="]
در واکنش اول که محصول مطلوب است باید زیاد باشد از طرفی با توجه به رابطه برای واکنش دوم باید آن را پایین نگه داشت[/FONT][FONT="]
.[/FONT][FONT="]
پس اگر[/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="]E1>E2[/FONT][FONT="]
در ماکزیمم دما کار می کنیم و اگر [/FONT]
[FONT="]E1[/FONT][FONT="]
کمتراز[/FONT]
[FONT="]E2 [/FONT][FONT="]
باشد باید یک دمای بهینه بدست اورد[/FONT][FONT="]
.[/FONT]
[FONT="][/FONT]
[FONT="]
پس نوع اختلاط [/FONT]
[FONT="]a[/FONT][FONT="]
مناسب و [/FONT]
[FONT="]b ,c ,d[/FONT][FONT="]
نامناسب است[/FONT][FONT="]
.[/FONT]
[FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]10.2. Repeat Problem 1 with just one change[/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]از تقسیم دورابطه داریم[/FONT][FONT="]:[/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]پس باید غلظت [/FONT][FONT="]A[/FONT][FONT="] زیاد باشد و در واکنش دوم چون غلظت [/FONT][FONT="]B[/FONT][FONT="] هم موثر است و ما هدفمان اینست که [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] ماکزیمم شود باید غلظت [/FONT][FONT="]B[/FONT][FONT="] را پایین نگه داشت تا از تولید محصول نامطلوب [/FONT][FONT="]S[/FONT][FONT="] جلوگیری شود[/FONT][FONT="].[/FONT][FONT="]پس شکل [/FONT][FONT="]a[/FONT][FONT="] مناسب و [/FONT][FONT="]b,c,d[/FONT][FONT="] نامناسب است[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]10.3. Repeat Problem 1 with just one change[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]با نوشتن نسبت سرعتها[/FONT][FONT="]:[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]پس غلظت [/FONT][FONT="]B[/FONT][FONT="] تاثیری در توزیع محصولات ندارد و چون [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] باید ماکزیمم شود می بایست غلظت [/FONT][FONT="]A[/FONT][FONT="]تا حد امکان بالا و [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] کم باشد[/FONT][FONT="]. [/FONT][FONT="]پس [/FONT][FONT="]a,d[/FONT][FONT="] مناسب و [/FONT][FONT="]b,c[/FONT][FONT="] نامناسب است[/FONT]
[FONT="].[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]10.4. For the reactions[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]where R is the desired product, which of the following ways of running[/FONT] [FONT="]a batch reactor is favorable, which is not? See Fig. P10.4.[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]با نوشتن نسبتها داریم[/FONT][FONT="]:[/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]باید غلظت[/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="]A[/FONT][FONT="] بالا و غلظت [/FONT][FONT="]R[/FONT][FONT="] و[/FONT][FONT="]B[/FONT][FONT="] پایین باشد[/FONT][FONT="].[/FONT][FONT="]بنابراین شکل [/FONT][FONT="]a[/FONT][FONT="] که غلظت [/FONT][FONT="] A[/FONT][FONT="]زیاد است و [/FONT][FONT="]B[/FONT][FONT="] کم کم اضافه می شود مناسب است و [/FONT][FONT="]b,c[/FONT][FONT="] نامناسب است[/FONT][FONT="].[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]10.5. The Oxydation of Xylene. The violent oxidation of xylene simply produces CO, and H,O; however, when oxidation is gentle and carefully controlled,it can also produce useful quantities of valuable phthalic anhydride as shown in Fig. P10.5. Also, because of the danger of explosion, the fraction[/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT] [FONT="]of xylene in the reacting mixture must be kept below 1%. Naturally, the problem in this process is to obtain a favorable product distribution.[/FONT] [FONT="](a) In a plug flow reactor what values of the three activation energies would require that we operate at the maximum allowable temperature?[/FONT] [FONT="](b) Under what circumstances should the plug flow reactor have a falling[/FONT] [FONT="]temperature progression?[/FONT][FONT="][/FONT] [FONT="] [/FONT]
[FONT="]A E1 R E2 S[/FONT]
[FONT="] E3[/FONT]
[FONT="] B[/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]1)[/FONT][FONT="]برای اینکه راکتور لوله ای در بالاترین دمای عملیاتی مجاز عمل کند،[/FONT][FONT="]([/FONT][FONT="]با توجه به اینکه[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="] باشد تا بتوانیم در بالاترین دمای مجاز کار کنیم[/FONT][FONT="].[/FONT][FONT="]E1>E3 ,E1>E2 [/FONT][FONT="]باید [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] مطلوب است[/FONT][FONT="])[/FONT][FONT="]R[/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]2)[/FONT][FONT="]در قسمت دوم گفته شده در چه شرایطی در مسیر نزولی دما عمل می کند[/FONT][FONT="]:[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]چون [/FONT][FONT="]R[/FONT][FONT="] محصول مطلوب است اگر [/FONT][FONT="]E1>E3[/FONT][FONT="] و [/FONT][FONT="] E1<E2[/FONT][FONT="] باشد ابتدا باید دما را بالا برد تا[/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="]R[/FONT][FONT="]تولید شود پس از پیشرفت واکنش اول می بایست دما را کم کرد تا از تولید محصول نامطلوب [/FONT][FONT="]S[/FONT][FONT="] جلوگیری شود پس در حداقل دما کار می کنیم[/FONT][FONT="].[/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]10.9. The Homogeneous Catalytic Reaction. [/FONT][FONT="]Consider the elementary reaction[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]For the following feed and reactor space time[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]we want to maximize the concentration of B in the product stream. Our clever computer [see problem 8, Chem. Eng. Sci., 45, 595-614 (1990)lgives the design of Fig. P10.9 as its best try[/FONT][FONT="].[/FONT]
[FONT="][/FONT] [FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]=1 [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]1=2CA[/FONT]
[FONT="]CA=0.5[/FONT]
[FONT="]CB=1-CA=0.[/FONT][FONT="]5[/FONT]
[FONT="]پس در[/FONT][FONT="]=0.5 [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] نمودار [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] بر حسب [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] دارای یک مینیمم میباشد و چون غلظت خوراک ورودی به راکتور کمتر از این مقدار است [/FONT][FONT="]([/FONT][FONT="] =0.45[/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="]) [/FONT][FONT="]پس مناسبترین[/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="]راکتور لوله ای است[/FONT][FONT="]. [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]10.12. For the homogeneous catalytic reaction[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="]and with a feed of CAo = 90 mol/m3, CBo = 10 mol/m3 we want about 44% conversion of reactant A. What flow reactor or combination of flow reactors is best in that it gives the smallest total volume of reactors needed? There is no need to try to calculate the size of reactors needed; just determine the type of reactor system that is best and the type of flow that should be used[/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT] [FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]CB=1-CA[/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]CA=0.5[/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]با رسم [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] بر حسب [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="] [/FONT][FONT="]،یک مینیمم در [/FONT][FONT="]CA=0.5 [/FONT][FONT="] مشاهده می شود[/FONT][FONT="].[/FONT][FONT="][/FONT]
[FONT="] [/FONT]
[FONT="]چون میزان تبدیل [/FONT][FONT="]0.44 [/FONT][FONT="]است و [/FONT][FONT="]CA0=0.9[/FONT][FONT="] می باشدو غلظت خوراک ورودی بیشتر از [/FONT][FONT="]CA=0.5[/FONT][FONT="] است پس راکتور [/FONT][FONT="]mixed[/FONT][FONT="] بهترین راکتور میباشد[/FONT][FONT="].[/FONT][FONT="][/FONT]