Post on 16-Feb-2016
description
Ahmed Abdala
Department of Chemical EngineeringThe Petroleum InstituteAbu Dhabi, UAE
๐๐ =1
๐
๐๐๐๐๐ก
= ๐ ๐๐๐๐๐๐ก๐๐๐๐ ๐ค๐๐กโ๐๐ ๐กโ๐ ๐๐๐๐๐๐ ๐๐ ๐ฃ๐๐๐ข๐๐ ๐
Homogenous reactor typeโฆ Batch reactorsโฆ Steady state flow reactorsโฆ Unsteady state semibatch reactor
1
Fj
Consider the volume enclosed by the boundaries (system volume)
The mole balance of species j:
๐ผ๐ โ ๐๐ข๐ก + ๐บ๐๐๐๐๐๐ก๐๐๐ = ๐ด๐๐๐ข๐๐ข๐๐๐ก๐๐๐
๐๐๐ก๐ ๐๐๐๐๐๐ค
๐๐ ๐ into๐กโ๐ ๐ ๐ฆ๐ ๐ก๐๐
๐๐๐๐๐ /๐ก๐๐๐
โ
๐๐๐ก๐ ๐๐ ๐๐๐๐ค๐๐ ๐ ๐๐ข๐ก ๐๐๐กโ๐ ๐ ๐ฆ๐ ๐ก๐๐
๐๐๐๐๐ /๐ก๐๐๐
+
๐๐๐ก๐ ๐๐ ๐๐๐๐๐๐๐ก๐๐๐๐๐ ๐ ๐๐ฆ ๐โ๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐ก๐๐๐ ๐ค๐๐กโ๐๐๐กโ๐ ๐ ๐ฆ๐ ๐ก๐๐
๐๐๐๐๐ /๐ก๐๐๐
=
๐๐๐ก๐ ๐๐ ๐๐๐๐ข๐๐ข๐๐๐ก๐๐๐๐๐ ๐ ๐ค๐๐กโ๐๐๐กโ๐ ๐ ๐ฆ๐ ๐ก๐๐
๐๐๐๐๐ /๐ก๐๐๐
๐น๐0 โ ๐น๐ + ๐บ๐ =๐๐๐
๐๐ก
The energy balance equation
๐๐๐ก๐ ๐๐โ๐๐๐ก๐๐๐๐ค ๐๐๐ก๐๐๐๐๐๐๐๐ก๐๐ ๐ฃ๐๐๐ข๐๐
๐ฝ๐๐ข๐๐/๐ก๐๐๐
โ
๐๐๐ก๐ ๐๐โ๐๐๐ก๐๐๐๐ค ๐๐ข๐ก ๐๐๐๐๐๐๐๐๐ก๐๐ ๐ฃ๐๐๐ข๐๐
๐ฝ๐๐ข๐๐/๐ก๐๐๐
+
๐๐๐ก๐ ๐๐ ๐๐๐๐๐๐๐ก๐๐๐๐๐ โ๐๐๐ก ๐๐ฆ ๐๐๐๐๐ก๐๐๐๐ค๐๐กโ๐๐ ๐๐๐๐๐๐๐ก๐๐ ๐ฃ๐๐๐ข๐๐
๐ฝ๐๐ข๐๐/๐ก๐๐๐
=
๐๐๐ก๐ ๐๐๐๐๐๐ข๐๐ข๐๐๐ก๐๐๐ ๐๐ โ๐๐๐ก
๐ค๐๐กโ๐๐ ๐๐๐๐๐๐๐ก๐๐๐ฃ๐๐๐ข๐๐
๐ฝ๐๐ข๐๐/๐ก๐๐๐
Fj0
System volume
Gj
Constant density batch or flow reactor
โฆ ๐๐ด = 1 โ๐ถ๐ด
๐ถ๐ด0and d๐๐ด = โ
๐๐ถ๐ด
๐ถ๐ด0
โฆ๐ถ๐ด
๐ถ๐ด0= 1 โ ๐๐ด and d๐ถ๐ด = โ๐ถ๐ด0๐๐๐ด
3
Flow Reactor
Batch Reactor
Gas phase and Constant and Tโฆ ๐ = ๐0 1 + ๐๐ด๐๐ด
โฆ ๐๐ด =๐ถ๐ด0โ๐ถ๐ด
๐ถ๐ด0+๐๐ด๐ถ๐ดand d๐๐ด = โ
๐ถ๐ด0 1+๐๐ด
๐ถ๐ด0+๐๐ด๐ถ๐ด2
โฆ๐ถ๐ด
๐ถ๐ด0=
1โ๐๐ด
1+๐๐ด๐๐ดand
d๐ถ๐ด
๐ถ๐ด0= โ
1+๐๐ด
1+๐๐ด๐๐ด2 ๐๐๐ด
โฆ ฮต๐ด =๐๐๐ด=1โ๐๐๐ด=0
๐๐๐ด=0
๐๐๐ด
๐ถ๐ด0=
โ๐๐๐๐ถ๐0
๐ถ๐ด0๐๐ด
๐=
โ๐ถ๐0๐๐
๐
4
Gas phase and variable and T
โฆ ๐๐ด =1โ
๐ถ๐ด0๐ถ๐ด
๐๐0๐0๐0
1+๐๐ด๐ถ๐ด0๐ถ๐ด
๐๐0๐0๐0
โฆ๐ถ๐ด
๐ถ๐ด0=
1โ๐๐ด
1+๐๐ด๐๐ด
๐0๐0๐๐0
โฆ๐ถ๐
๐ถ๐ด0=
๐
๐+๐
๐๐๐ด
1+๐๐ด๐๐ด
๐0๐0
๐๐๐ด
๐ถ๐ด0=
โ๐๐๐๐ถ๐0
๐ถ๐ด0๐๐ด
๐=
โ๐ถ๐0๐๐
๐
5
A continuous stream of fluid enters a vessel at
temperature T0 and pressure 0, reacts there,
and leaves at T and .
a) A gaseous feed, T0 = 400 K, 0= 4 atm, CA0= 100,
CBO= 200, A + B 2 R , T = 300 K , = 3 atm, C A = 20 .
Find XA, XB, CB .
b) A gaseous feed, T0 = 1000 K, B= 5 atm, CA0= 100,
CBO= 200, A + B 5R, T = 400 K, = 4 atm, CA = 20.
Find XA,XB,CB.
6