Springen naar inhoud

Non isothermal tubular reactor


  • Log in om te kunnen reageren

#1

julianjulian

    julianjulian


  • 0 - 25 berichten
  • 11 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 12 januari 2013 - 14:37

Hallo,

Ik heb deze vraag van mijn professor ontvangen:


In een niet isotherme plug flow reactor wordt de volgende aflopende vloeistoffase reactie uitgevoerd:

A → P

De reactie is eerste orde in A. De ingangsconcentratie van A bedraagt 1.8 mol/l. A is opgelost in een oplosmiddel met een concentratie van 10.8 mol/l. Het volumedebiet bedraagt 2.964 m3/h; de temperatuur van de ingaande stroom is 325 K.

De reactie wordt uitgevoerd in een pijp die 4.4 m lang is en een diameter heeft van 0.08 m. De reactor wordt omgeven met een koelmedium waarvan de temperatuur 285 K is. Het volumedebiet van het koelmedium is zo hoog dat de temperatuur van het koelmedium in de uitlaat gelijk is aan die in de inlaat.
  • Stel de massabalans en energiebalans voor de reactor op voor de stationaire toestand . Hint: zie Fogler paragraaf 8.3.3 voor de energiebalans van een niet isotherme PFR reactor. Gebruik bij voorkeur vgl 8.60, p. 460.
  • Maak een grafiek met de conversie en de temperatuur als functie van de plek in de reactor. Let op: denk goed aan de eenheden!

Aanvullende gegevens:

35]· A = 6.624 .108 h-1

35]· Ea = 44.9 kJ.mol-1

35]· DHR = -44.8 kJ.mol-1 (onafh. van de temperatuur)

35]· cpA = 62 kJ.kmol-1.K-1 (onafh. van de temperatuur)

35]· cpp = 62 kJ.kmol-1.K-1 (onafh. van de temperatuur)

35]· cpoplosmiddel= 53 kJ.kmol-1.K-1 (onafh. van de temperatuur)

35]· U = 1152 W.m-2.K


35]Nu heb ik zelf al wat geprobeerd in polymath, maar echt ver kom ik niet. Kan iemand mij helpen? Mijn gegevens in polymath zijn tot dusver:


35]Calculated values of DEQ variables

Variable Initial value Minimal value Maximal value Final value 1 a 50, 50, 50, 50, 2 A 1,84E+07 1,84E+07 1,84E+07 1,84E+07 3 Ca 1,8 -4,386E-08 1,8 -6,628E-09 4 Ca0 1,8 1,8 1,8 1,8 5 Cpa 62, 62, 62, 62, 6 Cpp 62, 62, 62, 62, 7 delCp 0 0 0 0 8 deltaH -44,8 -44,8 -44,8 -44,8 9 Ea 44,9 44,9 44,9 44,9 10 Fa0 14,81994 14,81994 14,81994 14,81994 11 k 1,805E+07 1,805E+07 1,81E+07 1,81E+07 12 phi 8,2333 8,2333 8,2333 8,2333 13 Q 2,304E+06 -0,0010016 2,304E+06 -0,0001407 14 R 8,3144 8,3144 8,3144 8,3144 15 ra -3,25E+07 -3,25E+07 0,7936577 0,1199382 16 T 285, 285, 325, 325, 17 T0 285, 285, 285, 285, 18 Ta 325, 325, 325, 325, 19 U 1152, 1152, 1152, 1152, 20 V 0 0 1, 1, 21 X 0 0 1, 1,

Differential equations
1 d(T)/d(V) = (Q+ra*deltaH)/(Fa0*Cpa) 2 d(X)/d(V) = -ra/Fa0

Explicit equations
1 Ta = 325 2 U = 1152 3 a = 50 4 A = 1.84*10^5 5 phi = 8.2333*10^-4 6 R = 83144*10^-4 7 delCp = 0 8 Cpa = 62 9 Cpp = 62 10 deltaH = -448*10^-1 11 Ea = 449*10^-1 12 Ca0 = 18*10^-1 13 Q = U*a*(Ta-T) 14 T0 = 285 15 Fa0 = (phi*Ca0) 16 k = A*exp(-Ea/(R*T)) 17 Ca = Ca0*(1-X) 18 ra = -k*Ca

Veranderd door julianjulian, 12 januari 2013 - 14:39


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8937 berichten
  • VIP

Geplaatst op 12 januari 2013 - 16:25

Men kan je pas helpen als duidelijk is wat je hebt gedaan. De onderste brij van getallen is voor niemand leesbaar.

Maar begin eens bij het begin: Maak een schets van de situatie waarin je de relevante grootheden aangeeft.

Doe daarna wat er in de opgave staat: Stel de massa- en energiebalansen op. Ik zie 1 DV die vast wel het resultaat is van een energiebalans, maar met alleen maar invullen van een vergelijking uit het boek kom je er echt niet.

Het hele vak draait erom dat je een situatie kunt beschrijven in termen van balansen, en dat je uit die balansen nuttige DV's kunt afleiden. Beheers je dat, dan is het vak een eitje. Beheers je dat niet, dan wordt het niks.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#3

julianjulian

    julianjulian


  • 0 - 25 berichten
  • 11 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 13 januari 2013 - 11:27

Dit zijn mijn gegevens die ik uit polymath krijg:

A
1,84E+05
1,84E+05
1,84E+05
1,84E+05
Ca
1,8
1,577607
1,8
1,577607
Ca0
1,8
1,8
1,8
1,8
Cpa
62,
62,
62,
62,
Cpp
62,
62,
62,
62,
delCp
0
0
0
0
deltaH
-4,48E+04
-4,48E+04
-4,48E+04
-4,48E+04
Ea
4,49E+04
4,49E+04
4,49E+04
4,49E+04
Fa0
1,482
1,482
1,482
1,482
k
0,0111812
0,0010857
0,0111812
0,0010857
phi
0,8233333
0,8233333
0,8233333
0,8233333
R
8,3144
8,3144
8,3144
8,3144
ra
-0,0201261
-0,0201261
-0,0017128
-0,0017128
T
325,
285,0013
325,
285,0013
Ta
285,
285,
285,
285,
Ua
5,76E+04
5,76E+04
5,76E+04
5,76E+04
V
0
0
100,
100,
X
0
0
0,1235519
0,1235519


d(T)/d(V) = (Ua*(Ta-T)+ra*(deltaH))/(Fa0*(Cpa+X*delCp))
d(X)/d(V) = -ra/Fa0


Ua = 1152*50
A = 184*10^3
phi = 2964/3600
R = 83144*10^-4
delCp = 0
Cpa = 62
Cpp = 62
deltaH = -44800
Ea = 44900
Ca0 = 18*10^-1
Ta = 285
Fa0 = (phi*Ca0)
k = A*exp(-Ea/(R*T))
ra = -k*Ca0*(1-X)
Ca = Ca0*(1-X)


Voor de rest heb ik een energie balans en een massa balans. Ben alleen niet zo blij met de uitkomt van de conversie.

Daarnaast had ik nog een vraag, wat moet ik doen met het oplosmiddel?

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 14 januari 2013 - 13:07

a = 50

Fout. Denk aan de juiste eenheden!

A = 1.84*10^5

Hoe kom je aan dat getal?

wat moet ik doen met het oplosmiddel?

Oplosmiddel is een grote heatsink, dus dat effect moet je meenemen in de ΣFi.Cpi
Hydrogen economy is a Hype.

#5

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8937 berichten
  • VIP

Geplaatst op 14 januari 2013 - 13:51

Beter om een paar stappen terug te zetten, en gewoon netjes op te schrijven wat de situatie is en welke vergelijkingen daarvoor gelden, en daarna pas dingen in te vullen en uit te (laten) rekenen.

Zelfs voor zoiets simpels als het berekenen van een oppervlakte. Het warmtewisselend oppervlak wordt gegeven door een vergelijking, welke vergelijking is dat in deze situatie, en waarom?

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#6

julianjulian

    julianjulian


  • 0 - 25 berichten
  • 11 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 14 januari 2013 - 14:04

A = 6.624*10^8 per uur
omgerekend naar per seconde geeft dat
A= 6.624*10^8 / 3600 = 184000 per seconde

verder had ik de verkeerde eenheden al zelf gevonden, deze heb ik inmiddels ook verandert. De conversie van de PFR ligt bij mij voor een volume van ongeveer 23 L bij 5%. Ik vind dit zelf erg weinig, kan dit kloppen?

#7

julianjulian

    julianjulian


  • 0 - 25 berichten
  • 11 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 14 januari 2013 - 14:10

Het warmtewisselend oppervlak wordt gegeven door een vergelijking, welke vergelijking is dat in deze situatie, en waarom?


Ik zat zelf te denken aan a=A/V=(pi*D*l)/(pi*D^2*l/4)=4/D

#8

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 14 januari 2013 - 15:28

Je moet in CONSISTENTE EENHEDEN werken, maar jij vermeldt nergens de gebruikte eenheden dus zie je niet wat je werkelijk in die formules doet.

Als je werkt met phi in LITER/sec en C in mol/LITER en V in LITER dan moet je een a in m2/LITER gebruiken.
Hydrogen economy is a Hype.

#9

julianjulian

    julianjulian


  • 0 - 25 berichten
  • 11 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 14 januari 2013 - 18:51

Als je werkt met phi in LITER/sec en C in mol/LITER en V in LITER dan moet je een a in m2/LITER gebruiken.


a is toch gewoon m-1, als ik dit maal de heat transfer coefficient doe krijg ik toch gewoon de goede eenheid in m3 welke ik daarna naar dm3 kan omrekenen? Ik zal nog een post doen met de gegevens waar ik nu mee werk

Veranderd door julianjulian, 14 januari 2013 - 18:53


#10

julianjulian

    julianjulian


  • 0 - 25 berichten
  • 11 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 14 januari 2013 - 18:57

Ua = 57.6 J/dm3*s*K
A = 184000 s-1
Ea = 44900 J/mol
deltaHr = -44800 J/mol
Cpa = Cpp = 62 J/mol*K
R = 8.3144 J/mol*K

#11

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 14 januari 2013 - 19:38

Er zijn ook nog de juiste eenheden voor ra , F , C , ..

Ua = 1152*50

Je zat eerst een factor 1000 fout met Ua omdat je met a = 50 m2/m3 rekende i.p.v. 0,05 m2/Liter

Ua = 57.6 J/dm3*s*K

Inderdaad.

Bovendien hou je geen rekening met de warmte-inhoud van het oplosmiddel in de berekening van ΣFi.Cpi
Daardoor kreeg je onrealistische resultaten.
Hydrogen economy is a Hype.

#12

julianjulian

    julianjulian


  • 0 - 25 berichten
  • 11 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 14 januari 2013 - 19:42

Ik vind het heel fijn dat je me wilt helpen fred, ik heb gekeken naar de warmte-inhoud van het oplosmiddel ik snap alleen niet helemaal hoe ik deze moet verwerken in mijn formules.. Kan je me wat verder op weg helpen? Ik heb tot nu toe dit:

d(T) / d(V) = (Ua*(Ta-T)+ra*(deltaH))/(Fa0*(TetaA+Teta0+phi*X+delCp*X))
T(0) = 325

d(X) / d(V) = -ra/Fa0
X(0) = 0

V(0) = 0
V(f) = 23

Ua = 1152*50
A =184*10^3
phi = 2964/3600
R = 83144*10^-4
delCp = 0
Cpa =62
Cpp =62
Cpo = 53
deltaH = -44800
Ea = 44900
Ca0 = 18*10^-1
Co0 = 108*10^-1
Ta = 285


TetaA = Fa0/Fa0
Teta0 = Fo0/Fa0
Fa = phi*Ca
Fa0 = (phi*Ca0)
Fo0 = (phi*Co0)
k = A*exp(-Ea/(R*T))
ra = -k*Ca0*(1-X)
Ca = Ca0*(1-X)

#13

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8937 berichten
  • VIP

Geplaatst op 14 januari 2013 - 19:53

Ik vind het heel fijn dat je me wilt helpen fred, ik heb gekeken naar de warmte-inhoud van het oplosmiddel ik snap alleen niet helemaal hoe ik deze moet verwerken in mijn formules.. Kan je me wat verder op weg helpen?


Als je weet hoe een energiebalans "werkt" weet je ook hoe je je oplosmiddel erin moet verwerken. Vraag jezelf eerst eens af wat de termen in de vergelijkingen die je hebt betekenen. Of lees het na. Waarom staan er Cp's in de dT/dV vergelijking?

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#14

julianjulian

    julianjulian


  • 0 - 25 berichten
  • 11 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 15 januari 2013 - 08:42

Ik heb de Cp van het oplosmiddel in deze nieuwe uitwerkingen mee genomen en heb (volgens mij) alle eenheden goed in polymath staan.

Ik zit tegen de deadline aan en ik denk dat ik dit in ga leveren:


d(T) / d(V) = (Ua*(Ta-T)+(-ra)*(-deltaH))/(Fa0*(tetaA*Cpa+tetaO*Cpo+delCp*X))
T(0) = 325

d(X) / d(V) = -ra/Fa0
X(0) = 0

V(0) = 0
V(f) = 25

Ua = 576*10^-1
A =184000
phi = 2964/3600
R = 83144*10^-4
delCp = 0
Cpa =62
Cpp =62
Cpo =53
deltaH = -44800
Ea = 44900
Ca0 = 18*10^-1
Copl0 = 108*10^-1
Ta = 285

tetaA = Fa0/Fa0
tetaO = Fopl/Fa0
Fopl = phi*Copl0
Fa = phi*Ca
Fa0 = (phi*Ca0)

k = A*exp(-Ea/(R*T))
Ca = Ca0*(1-X)

ra = -k*Ca0*(1-X)

Dit uitvoeren in polymath geeft mij een conversie van ongeveer 11% voor een volume van 25L. Is dit realistisch?

#15

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 15 januari 2013 - 13:37

Daar vast zo op het oog niets zinnigs over te zeggen.

Wat is de door polymath berekende uitlaattemperatuur van de reactor?
Hydrogen economy is a Hype.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures