APPENDICE B
REATTORE
TUBOLARE CILINDRICO CATALITICO OPERANTE
A BASSA T (CuO/ZnO/Al2O3)
Condizioni operative all'interno del reattore
T1:= 473 K⋅
P:= 25
mi 2570× 103mol hr
:= Portata molare totale in ingresso
mo:= mi Portata molare totale in uscita
mo 2.57 10= × 6molhr vo 0.5m
s
:= Velocità del gas inviato al reattore
Calcolo della costante cinetica della reazione (WGSR)
R1 8.314 J mol K⋅
:= Costante dei gas
ko:= 2.97× 105 Fattore preesponenziale della costante della velocità E 47400 J
mol
:= Energia di attivazione dell'espressione cinetica
k ko e
E −
R1 T1⋅
⋅
:= Costante della velocità
k= 1.73
Calcolo della costante di equilibrio TD della reazione
Keq e
4577.8 K⋅
T1 −4.33
:= Costante di equilibrio
Pressioni parziali e frazioni molari in ingresso al reattore
Xco0:= 0.39 Pco0:= Xco0 P⋅
Pco0= 9.75
Xh2o0:= 0.31 Ph2o0:= Xh2o0 P⋅
Ph2o0= 7.75
Xh20:= 0.23 Ph20:= Xh20 P⋅
Ph20= 5.75
Xco20:= 0.07 Pco20:= Xco20 P⋅
Pco20= 1.75
Andamento della frazione molare del CO, nel tempo, all'interno del
Reattore
tXco t( ) d d =f t Xco( , ) Xco t0( )=Xco0 t0:= 0 P1:= Ph2o0 t1:= 100 P2:= Pco20 P3:= Pco0 N1:= 100 P4:= Ph20 Given Xco' t( ) − k 3600 P Xco t⋅ ( )⋅(P1− P3+ P Xco t⋅ ( )) P2+ P3−P Xco t⋅ ( ) ( ) P4⋅( + P3− P Xco t⋅ ( )) Keq −⎡⎢
⎣
⎤⎥
⎦
⋅ =Espressione empirica della velocità di scomparsa del CO reagito
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) composizione del CO Xco t( ) t t:= 0 1, ..100 Xco t( ) 0.39 0.357 0.33 0.307 0.288 0.271 0.257 0.244 0.233 0.223 0.214 0.206 0.199 0.192 0.186 0.181 = 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=0.76 Conversione teorica trovata
Ipotizziamo una conversione del CO pari al 60% della conversione teorica
trovata
Xcoi Pco0 P :=
Frazione Molare del CO in ingresso al reattore
Xcoi= 0.39
Xcof:= Xco t1( )
Xcof =0.094 Frazione Molare del CO (all' equilibrio) in uscita dal primo reattore
Xco06:= Xcoi−(Xcoi−Xcof) 0.6⋅ Frazione Molare del CO relativa al 60% della conversione teorica
Xco06= 0.212
Grandezze necessarie affinchè si verifichi la reazione alle condizioni
ipotetiche suddette (Dimensionamento con conversione al 60% della
conversione teorica)
ρcat 414 kg m3
:= Densità del Catalizzatore
A1 kg hr⋅ mol 1000⋅ ⋅ρcat := Vcat Xcoi Xco06 Xco mi 3600⋅ ⋅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 del 60% rispetto alla conversione all'equilibrio (teorica)
Vcat:= 1.855× 103L Volume del catalizzatore
Mcat ρcat Vcat 1000 ⋅ :=
Mcat= 26.227 kg Massa del catalizzatore
ε1:= 0.5 Porosità del catalizzatore
Vreat Vcat ε1 :=
Vreat=2.65×104L Volume del reattore necessario per avere la conversione suddetta Sez mi 22.4 10⋅ −3⋅273KT1 ⋅1P m 3 mol ⋅
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
⋅ vo 3600⋅ ⋅hrs :=Sez=2.216 m2 Sezione del reattore
Dreattore 4 Sez 3.14 ⋅
⎛⎜
⎝
⎞⎟
⎠
0.5 :=Dreattore= 1.68 m Diametro del reattore
Lreattore Vreat Sez :=
Lreattore= 11.955 m Lunghezza del reattore
Conv06 Xco t0( )− Xco06 Xco t0( ) :=
Conv06= 0.456 Conversione del CO ipotizzata nel primo reattore (il 60% di quella teorica trovata), alla quale fanno riferimento le grandezze sopra riportate
