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AppuntiDivisi per argomento

Notes on non isothermal reactors

Divisi per argomento di Chemical Reaction Engineering and Applied Chemical Kinetics per il corso di Chemical Engineering presso Politecnico di Milano. Materiale proveniente dall’archivio storico Studwiz e classificato per la consultazione online.

Chemical Reaction Engineering and Applied Chemical KineticsDivisi per argomento

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096116 Chemical Reaction Engineering Summary of governing equations for ideal reactors in non-isothermal conditions Reference reaction 𝐴𝐴+ 𝑏𝑏 𝑎𝑎𝐵𝐵↔ 𝑐𝑐 𝑎𝑎𝐶𝐶+ 𝑑𝑑 𝑎𝑎𝐷𝐷 1. The mean heat capacity difference 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� is defined as: 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� = � 𝜐𝜐𝑗𝑗 𝑁𝑁 𝑗𝑗=1 𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝑗𝑗 In particular, for the reference reaction, the mean heat capacity difference 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃,𝐴𝐴� per mole of A is: 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃,𝐴𝐴� = 𝑐𝑐 𝑎𝑎𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝐶𝐶+ 𝑑𝑑 𝑎𝑎𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝐷𝐷− 𝑏𝑏 𝑎𝑎𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝐵𝐵− 𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝐴𝐴 2. The initial heat capacity 𝐶𝐶̃𝑃𝑃 𝑖𝑖𝑖𝑖 is defined as: 𝐶𝐶̃𝑃𝑃 𝑖𝑖𝑖𝑖= � 𝜗𝜗𝑗𝑗 𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑁𝑁 𝑗𝑗=1 𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝑗𝑗 In particular, for the reference reaction: 𝐶𝐶̃𝑃𝑃,𝐴𝐴 𝑖𝑖𝑖𝑖= 𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝐴𝐴+ 𝜗𝜗𝐵𝐵 𝑖𝑖𝑖𝑖𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝐵𝐵+ 𝜗𝜗𝐶𝐶 𝑖𝑖𝑖𝑖𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝐶𝐶+ 𝜗𝜗𝐷𝐷 𝑖𝑖𝑖𝑖𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝐷𝐷 3. The heat of reaction at temperature 𝑇𝑇 is: ∆𝐻𝐻� 𝑅𝑅(𝑇𝑇) = � 𝜐𝜐𝑗𝑗 𝑁𝑁 𝑗𝑗=1 𝐻𝐻�𝑗𝑗(𝑇𝑇) In particular, for the reference reaction, the heat of reaction at temperature 𝑇𝑇 per mole of A is: 1 ∆𝐻𝐻� 𝑅𝑅,𝐴𝐴(𝑇𝑇) = 𝑐𝑐 𝑎𝑎𝐻𝐻�𝐶𝐶(𝑇𝑇) + 𝑑𝑑 𝑎𝑎𝐻𝐻�𝐷𝐷(𝑇𝑇) − 𝑏𝑏 𝑎𝑎𝐻𝐻�𝐵𝐵(𝑇𝑇) − 𝐻𝐻�𝐴𝐴(𝑇𝑇) When there are no phase changes, the heat of reaction at temperature 𝑇𝑇 is related to the heat of reaction at standard reference temperature 𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 ∆𝐻𝐻� 𝑅𝑅(𝑇𝑇) = � 𝜐𝜐𝑗𝑗 𝑁𝑁 𝑗𝑗=1 𝐻𝐻�𝑗𝑗 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟+ � � 𝜐𝜐𝑗𝑗 𝑁𝑁 𝑗𝑗=1 𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝑗𝑗𝑑𝑑𝑇𝑇 𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = ∆𝐻𝐻� 𝑅𝑅 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟+ � 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝑑𝑑𝑇𝑇 𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 In particular, if we assume 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� independent of temperature (i.e. 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� ~𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐): ∆𝐻𝐻� 𝑅𝑅(𝑇𝑇) = ∆𝐻𝐻� 𝑅𝑅 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟+ 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� �𝑇𝑇− 𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟� 4. For adiabatic operations of a PFR, PBR, CSTR, or batch reactor, the temperature-conversion relationship is: 𝑋𝑋= − ∫ 𝐶𝐶̃𝑃𝑃 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑑𝑑𝑇𝑇 𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖 ∆𝐻𝐻� 𝑅𝑅 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟+ ∫ 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝑑𝑑𝑇𝑇 𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 In particular, if we assume both 𝐶𝐶̃𝑃𝑃 𝑖𝑖𝑖𝑖 and 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� independent of temperature (i.e. both constant): 𝑋𝑋= − 𝐶𝐶̃𝑃𝑃 𝑖𝑖𝑖𝑖(𝑇𝑇− 𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖) ∆𝐻𝐻� 𝑅𝑅 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟+ 𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� �𝑇𝑇− 𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟� or, in terms of temperature, 𝑇𝑇= −𝑋𝑋∆𝐻𝐻� 𝑅𝑅 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟+ 𝐶𝐶̃𝑃𝑃 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖+ 𝑋𝑋𝛥𝛥𝐶𝐶𝑃𝑃� 𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐶𝐶̃𝑃𝑃…

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