Springen naar inhoud

Procestechnologie oefening batch reactor



  • Log in om te kunnen reageren

#1

Homeros

    Homeros


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 31 mei 2013 - 11:59

Hey,

In de les kregen we een oefening voorgeschoteld:

Decompositie van acetaldehyde:
CH3CHO -> CH4 + CO

De reactie vindt plaats in batch reactor bij constante temperatuur van 520 °C en constant volume.
De initiële druk is 1 atm (ideale gaswet)
De reactie is van tweede orde in acetaldehyde, met k = 0,43 m^3/(s*kmol)
Ideale gasconstante: R = 0.08206 atm. m^3/(kmol* °K)

Bepaal de reactietijd voor 90% conversie/decompositie?
Wat indien constante druk in plaats van constant volume?


Er werd hier een oplossing gegeven aan de hand van 6 stappen met een tabel, maar ik kan er niet aan uit.
De oplossingen zouden moeten zijn:
Constant volume: t=1362 s
Constante druk: t=2376 s

Kan iemand me helpen? Hoe begin ik hier aan?

Groetjes

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

#2

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8935 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 mei 2013 - 13:14

Kun je aangeven wat die 6 stappen zijn, en wat er dan in die tabel stond? Dat maakt het makkelijker om gerichte hulp te geven.

Hoe ver kom je zelf? Wat weet je in zijn algemeenheid van het oplossen van dergelijke opgaven? En voor welke opleiding is dit?

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#3

Homeros

    Homeros


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 31 mei 2013 - 13:49

Hey Marko,

De tabel ziet er als volgt uit en is ook meteen "stap 1"
A 1 1-u B 0 u C 0 u Totaal 1 1+u

Ik denk dat m'n grootste probleem is dat ik niet weet hoe ik hieraan kom.

Stap 2 is een vergelijking "batch 2de orde":

d/dt Ca * V = -k * Ca^2 * V

En verder nog een aantal formules, waar ik niet van snap waar ze vandaan komen, want in de theorie zijn ze zo alleszins niet weergegeven.
Denk dat het voor mij belangrijk is om hierbij te weten "hoe kom ik aan die tabel, hoe kom ik aan de daaropvolgende formule en wat wil ze exact zeggen" en dat ik daarmee al een heel eind verder ben :)


(Voor 1ste jaar Handelsingenieur is dit trouwens)

#4

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8935 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 mei 2013 - 16:06

De tabel ziet er neem ik aan zo uit:

A      1 1-u
B      0 u
C      0 u
Totaal 1 1+u


Dit tabel geeft de stoechiometrie van de reactie. De 2e kolom geeft de relatieve hoeveelheid aan het begin van de reactie aan, de 3e kolom geeft de hoeveelheid aan nadat een gedeelte "u" is weggereageerd;

Dit volgt uit de reactievergelijking.
Stap 2 is het opstellen van de massabalans voor een batch-reactor. Deze moet je zelf afleiden uit een algemene vorm voor de massabalans (maar ik weet niet hoe die bij jou opleiding wordt gegeven) of je moet hem opzoeken in een lijst met veel voorkomende vormen.

in ieder geval: het linkerlid geeft de verandering van de hoeveelheid A (Ca is de concentratie A en V het volume van de reactor) per tijdseenheid, het rechterlid is de snelheidsvergelijking voor een tweede-orde reactie.

Die vergelijking kun je integreren over t, waaruit een algemene vergelijking voor de conversie als functie van de tijd afgeleid kan worden. De rest is dan in feite invulwerk: Je hebt een vergelijking die X (conversie) geeft als functie van t. Voor een gegeven X kun je dus t afleiden.

Je geeft aan dat de vergelijkingen die er staan niet in de theorie voorkomen. Dat zou kunnen, maar dan staat in je theorie waarschijnlijk bijvoorbeeld een situatie uitgewerkt voor een eerste-orde reactie en/of voor een simpele reactie A -> B.
De methodiek is echter exact hetzelfde, al moet je op de relevante plaatsen de termen vervangen omdat je reactie anders is.

Mocht dit een beetje duidelijker zijn, en mocht je de uitwerking van de eerste vraag een beetje begrijpen, dan kunnen we ons eens gaan buigen over de vraag wat de invloed zou zijn van constante druk, of constant volume.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#5

Homeros

    Homeros


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 01 juni 2013 - 13:18

Ah zo, de werking van de tabel is me nu duidelijk.

Formules die we krijgen zijn:

ideale gaswet: p*V = n*R*T
reactiesnelheid: ra = - d/dt Ca = k0* e^(-Ea/RT) * CAa * CBb

2de orde batch reactor: 1/Ca = 1/Ca,0 + k*t


Maar blijkbaar moet je op de een of andere manier over kunnen stappen naar

C= n*A/V = n*A/n * n/V = (1-u)/(1+u) * p/RT (waar die weggereageerde hoeveelheden weer in terugkomen op de een of andere manier)

Hoe ik trouwens aan die d/dt Ca *V = -k Ca2 moet geraken is me semi duidelijk nu.
We krijgen blijkbaar deze vergelijking al :
d/dt Ca * V = ra *V
Maar waarom is ra * V dan gelijk aan - k *Ca2 ?

#6

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8935 berichten
  • VIP

Geplaatst op 01 juni 2013 - 15:15

ra * V is niet gelijk aan - k *Ca2 , ra is daaraan gelijk. Dat is een kwestie van de definitie van reactiesnelheid, en de algemene vergelijking staat daarboven gegeven. Verder is het een kwestie om de relevante termen in te vullen. Jouw reactie is tweede orde in A, dus schaalt de reactie met het kwadraat van de concentratie van A.

Deze vergelijking is de massabalans voor een batch-proces:

d/dt Ca * V = ra *V

Aangezien er niets de reactor in of uit gaat, moet de verandering van de concentratie per tijdseenheid (linkerkant, "ophoping") gelijk zijn aan datgege wat er door chemische reactie ontstaat of verdwijnt (rechterkant, "omzetting")

Deze algemene vorm moet je invullen met termen die relevant zijn voor de specifieke reactie.

Hier gaat het om een gasreactie, anders dan bij vloeistofreacties moet je rekening houden met druk en temperatuur omdat deze de concentratie beïnvloeden. Het verband wordt gegeven door de algemene gaswet, en door die toe te passen kom je aan de rechterterm met p/RT. Verder staat er naar ik aanneem niet n*A, maar nA, de hoeveelheid A dus.

Ik kan me moeilijk voorstellen dat je deze stappen zelfstandig moet uitwerken zonder dat dit ergens staat beschreven. Het lijkt me dan ook verstandig dat je terugleest in de theorie wat er precies allemaal staat beschreven over dit soort procestechnologie-vraagstukken, zodat de vergelijkingen ook wat meer voor zichzelf zullen gaan spreken.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum







Also tagged with one or more of these keywords: scheikunde

0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures