APPENDICE E
REATTORE
TUBOLARE CILINDRICO CATALITICO OPERANTE
AD ALTA T (Fe2O3/Cr2O3)
Condizioni operative all'interno del primo reattore
T1:=673 K⋅ Temperatura
P:=25 Pressione (in atmosfere)
mi 2770 10:= × 3molhr Portata molare totale in ingresso mo mi:=
mo 2.77 10= × 6molhr Portata molare totale in uscita vo 2m
s
:= Velocità del gas entrante nel reattore
Calcolo della costante cinetica della reazione (WGSR)
R1 8.314 J mol K⋅
:= Costante dei gas
ko:= 109098 Fattore preesponenziale della costante della velocità
E 112000 J mol
:= Energia di attivazione dell'espressione cinetica
k ko e E − R1 T1⋅ ⋅ :=
k= 2.211×10−4 Costante della velocità
Keq e 4577.8 K⋅ T1 4.33 − :=
Keq=11.847 Costante di equilibrio
Pressioni parziali e frazioni molari in ingresso al primo reattore
Xco0:= 0.36 Pco0:= Xco0 P⋅
Pco0= 9
Xh2o0:= 0.36 Ph2o0:= Xh2o0 P⋅
Ph2o0= 9
Xh20:= 0.22 Ph20:= Xh20 P⋅
Ph20= 5.5
Xco20:= 0.06 Pco20:= Xco20 P⋅
Pco20= 1.5
Andamento della frazione molare del CO, nel tempo, all'interno del primo
Reattore
tXco t( ) d d =f t Xco( , ) t0:= 0 P1:= Ph2o0 P2:= Pco20 t1:= 100 P3:= Pco0 N1:= 100 P4:= Ph20 Given Xco' t( )− k P Xco t⋅ ( )⋅(P1 −P3+ P Xco t⋅ ( )) (P2+ P3− P Xco t⋅ ( )) P4⋅( +P3− P Xco t⋅ ( )) Keq −
⎡⎢
⎣
⎤⎥
⎦
⋅ =Xco t0( ) Pco0 P = Xco:= Odesolve t t1( , ) 0 20 40 60 80 100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 tempo (sec)
Frazione Molare del CO nel Reattore
Xco t( ) t t:= 0 1, ..100 Xco t( ) 0.36 0.343 0.328 0.314 0.301 0.29 0.279 0.269 0.26 0.252 0.244 0.236 0.23 0.223 0.218 0.212 = t 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 =
Convteo Xco t0( )− Xco t1( ) Xco t0( ) :=
Convteo=0.685 Conversione teorica trovata (all'equilibrio)
Ipotizziamo una conversione del CO pari all' 80% della conversione teorica
trovata
Xcoi Pco0 P :=
Xcoi= 0.36 Frazione Molare del CO in ingresso al primo reattore
Xcof:= Xco t1( )
Xcof =0.113 Frazione Molare del CO (all' equilibrio) in uscita dal primo reattore
Xco08:= Xcoi−(Xcoi−Xcof) 0.8⋅
Xco08= 0.163 Frazione Molare del CO relativa all' 80% della conversione teorica
Grandezze necessarie affinchè si verifichi la reazione alle condizioni
ipotetiche suddette (Dimensionamento con conversione all' 80% della
conversione teorica)
ρcat 210 kg m3 ⋅
:= Densità del Catalizzatore
A1 kg hr⋅ mol 1000⋅ ⋅ρcat := Vcat Xcoi Xco08 Xco mi A1⋅ k
− P Xco⋅ ⋅(P1− P3+ P Xco⋅ ) (P2+ P3− P Xco⋅ ) P4⋅( +P3 −P Xco⋅ ) Keq −
⎡⎢
⎣
⎤⎥
⎦
⋅⎡
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎦
⌠ ⎮ ⎮ ⎮ ⎮ ⌡ d⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
:=Volume del catalizzatore necessario affinchè si abbia una conversione del CO dell' 80% rispetto alla conversione all'equilibrio (teorica)
Vcat:= 3.172× 102⋅L Volume del catalizzatore
Mcat ρcat Vcat 1000 ⋅ :=
Mcat= 79.311 kg Massa del catalizzatore
ε1:= 0.6 Porosità del catalizzatore
Vreat Vcat ε1 :=
Vreat=5.287× 103L Volume del reattore
Sez mi 22.4 10⋅ −3⋅273KT1 ⋅1P m 3 mol ⋅
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
⋅ vo 3600⋅ ⋅hrs :=Sez=0.85 m2 Sezione del reattore
Dreattore 4 Sez 3.14 ⋅
⎛⎜
⎝
⎞⎟
⎠
0.5 :=Dreattore= 1.04 m Diametro del reattore
Lreattore Vreat Sez :=
Lreattore= 6.222 m Lunghezza del reattore
Conv08 Xco t0( )− Xco08 Xco t0( ) :=
Conversione del CO ipotizzata nel primo reattore (l' 80% di quella teorica trovata), alla quale fanno riferimento le grandezze sopra riportate
REATTORE
TUBOLARE CILINDRICO CATALITICO OPERANTE
A BASSA T (ICI-Cu/ZnO/Al2O3)
Condizioni operative all'interno del secondo reattore
T2:= 473 K⋅ Temperatura
p:= 25 Pressione (in atmosfere)
Mi 2770×103mol hr
:= Portata molare totale in ingresso
Mo:= Mi
Mo 2.77 10= × 6molhr Portata molare totale in uscita
v 0.5m s
:= Velocità del gas inviato al reattore
Calcolo della costante cinetica della reazione (WGSR)
κo:= 3.99× 106 Fattore preesponenziale della costante della velocità
Eatt 52800 J mol
:= Energia di attivazione dell'espressione cinetica
κ κo e Eatt − R1 T2⋅ ⋅ :=
κ= 5.887 Costante della velocità
Calcolo della costante di equilibrio TD della reazione
Ke e
4577.8 K⋅
T2 −4.33
Ke=210.235 Costante di equilibrio
Pressioni parziali e frazioni molari in ingresso al secondo reattore
Yco0:= 0.16 pco0:= Yco0 p⋅
pco0= 4
Yh2o0:= 0.16 ph2o0:= Yh2o0 p⋅
ph2o0= 4
Yh20:= 0.42 ph20:= Yh20 p⋅
ph20= 10.5
Yco20:= 0.26 pco20:= Yco20 p⋅
pco20= 6.5
Andamento della frazione molare del CO, nel tempo, all'interno del secondo
Reattore
θYco( )
θ d d f(
θ Yco,)
= Yco( )
θ0 =Yco0 θ0:= 0 θ1:= 100 p1:= ph2o0 p2:= pco20 N2:= 100 p3:= pco0 p4:= ph20 Given Yco'( )
θ − κ 3600 p Yco⋅( )
θ ⋅(
p1− p3+p Yco⋅( )
θ)
p2+ p3− p Yco⋅( )
θ(
)
⋅(
p4+p3− p Yco⋅( )
θ)
Ke −⎡⎢
⎣
⎤⎥
⎦
⋅ =Espressione empirica della velocità di scomparsa del CO reagito
Yco
( )
θ0 pco0 p = Yco:= Odesolve(
θ θ1,)
0 20 40 60 80 100 0 0.05 0.1 0.15 0.2 tempo (sec)Frazione Molare del CO nel Reattore
Yco( )θ θ θ:= 0 1, ..100 Yco
( )
θ 0.16 0.138 0.122 0.109 0.098 0.09 0.083 0.078 0.073 0.068 0.065 0.062 0.059 0.056 0.054 0.052 = θ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 =Cteo Yco
( )
θ0 −Yco( )
θ1 Yco( )
θ0 :=Cteo= 0.801 Conversione teorica trovata (all'equilibrio)
Ipotizziamo una conversione del CO pari al 80% della conversione teorica
trovata
Ycoi pco0 p :=
Ycoi= 0.16 Frazione molare del CO in ingresso al secondo
reattore
Ycof :=Yco
( )
θ1Ycof =0.032 Frazione molare (teorica) del CO in uscita dal
secondo reattore
Yco08:= Ycoi−(Ycoi−Ycof) 0.8⋅
Yco08= 0.057 Frazione molare del CO all' 80% della
conversione teorica trovata
Grandezze necessarie affinchè si verifichi la reazione alle condizioni
ipotetiche suddette (Dimensionamento con conversione all' 80% della
conversione teorica)
ρc 523 kg m3 ⋅
:= Densità del Catalizzatore
a1 kg hr⋅ mol 1000⋅ ⋅ρc := Vc Ycoi Yco08 Yco Mi 3600⋅ ⋅a1 κ
− p Yco⋅ ⋅(p1− p3+p Yco⋅ ) (p2+ p3−p Yco⋅ ) p4⋅( + p3−p Yco⋅ ) Ke −
⎡⎢
⎣
⎤⎥
⎦
⋅⎡
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎦
⌠ ⎮ ⎮ ⎮ ⎮ ⌡ d⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
:=Volume del catalizzatore necessario affinchè si abbia una conversione del CO dell' 80% rispetto alla conversione all'equilibrio (teorica)
Vc:= 2.296× 103L Volume del catalizzatore
Mc ρc Vc
1000 ⋅ :=
Mc= 34.675 kg Massa del catalizzatore
ε2:= 0.5 Porosità del catalizzatore
Vr Vc
ε2 :=
Vr=3.281×104L Volume del reattore
Se Mi 22.4 10⋅ −3⋅273KT2 ⋅1p m 3 mol ⋅
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
⋅ v 3600⋅ s hr ⋅ :=Se=2.389 m2 Sezione del reattore
Dr 4 Se 3.14 ⋅
⎛⎜
⎝
⎞⎟
⎠
0.5 :=Dr=1.745 m Diametro del reattore
Lr Vr
Se :=
Lr=13.732 m Lunghezza del reattore
Con08 Yco
( )
θ0 −Yco08 Yco( )
θ0 :=Conversione del CO ipotizzata nel secondo reattore (l' 80% di quella teorica trovata), alla quale fanno riferimento le grandezze sopra riportate
CONSIDERANDO I DUE REATTORI IN SERIE
Conversione08 Xco0− Yco08 Xco0 :=
Conversione08= 0.84 Conversione TOT del CO raggiunta nell'ipotesi che le 2 reazioni vengano condotte all' 80% della conversione ipotetica (è la Conversione TOT relativa ai dimensionamenti effettuati)
ConversioneIP Xco0−Yco
