При расчете реакторов основную сложность представляет установление вида кинетического уравнения. На практике, особенно для распространенных каталитических процессов, широко используют эмпирические уравнения.
Так, например, при окислении сернистого ангидрида на ванадиевом катализаторе в интервале температур 300-7000С для определения Кр можно пользоваться двучленным уравнением:
, (4.5)
где 495 и 4,6455 – численные константы.
Равновесную степень превращения ХА* рассчитывают по формуле [12]:
(4.6)
Кинетика процесса окисления SO2 на ванадиевых катализаторах наиболее точно описывается уравнением Борескова-Иванова [12]:
(4.7)
где k1- константа скорости реакции.
Расчеты с использованием эмпирических уравнений достаточно трудоемки и выполняют с использованием компьютеров.
Задача 3
Рассчитать РИС-Н и скорость реакции SO2+0,5O2ÛSO3+Q при следующих условиях: Р - 1 ат; kto= 10 ккал/м2×град×ч; температура теплоносителя tс =150С; расход потока- 50000 м3/ч; начальная температура Т1=4600С; состав реакционной смеси: nSO2-0,09; nO2-0,11; nN2-0,8.
1. Политермический режим:
· рассчитать объем реактора Vr и подобрать поверхность трубчатого теплообменника Fto при конечной температуре Т2=7000С;
3. Изотермический режим:
· подобрать поверхность трубчатого теплообменника Fto;
4. Адиабатический режим:
· рассчитать объем реактора Vr и температуру на выходе из реактора Тad;
Решение
Решение выполнено в программе Mathcad [13].
1. При решении дифференциального уравнения необходимо задать начальный и конечный моменты времени t0 и t1, начальное значение Х при t=0 и количество шагов расчета NS. Затем определить параметры функции «rkfixed»:
· вектор начальных значений ic0 (индекс вводится через левую квадратную скобку "[";
· производную искомой функции D(t,Y)=f(t,Y0). Второй аргумент Y0 должен быть вектор (индекс вводится также через "[");
· поиск r выполняется функцией «rkdixed» с указанными параметрами.
Решением является матрица, содержащая:
· количество строк равно числу заданных шагов +1 (строка начального значения);
· первый столбец содержит значение времени в заданном интервале;
· второй столбец содержит значение Х.
При решении системы уравнений следует ввести начальные условия по искомым компонентам, команду <Given> и получить результаты командой <Find>, введя искомые величины в круглых скобках через запятую.
Программа расчета реактора средствами Mathcad
SO2+ 0,5 O2= SO3
Данные для расчета
Абсолютная температура 
Универсальная газовая постоянная
Объем 1 моля газа при нормальных условиях
Cтехиометрические коэффициенты в уравнении реакции
Мольный состав смеси
Доля стехиометрической смеси исходных компонентов в реальной смеси b
Коэффициент изменения объема в системе x
Молярные массы компонентов смеси
Молярная масса газовой смеси
Плотность газовой смеси 
Коэффициент теплообмена 
Температура смеси на входе в реактор 
Удельная теплоемкость газовой смеси 
Температура смеси на выходе из реактора 
Температура хладагента 
Расход реакционной смеси 
РАСЧЕТ q xp
РАСЧЕТ Кp
РАСЧЕТ РАВНОВЕСНОЙ СТЕПЕНИ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ 460 С
РАСЧЕТ КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ (ДЛЯ ВАНАДИЕВОГО КАТАЛИЗАТОРА)
РАСЧЕТ СКОРОСТИ ОКИСЛЕНИЯ ПО УРАВНЕНИЮ БОРЕСКОВА-ИВАНОВА
Начальное приближение 
Начальная степень превращения 
Конечная степень превращения 
Время пребывания реакционной смеси в реакторе 
Скорость реакции
РАСЧЕТ РИС-П
1. Объем реактора
2. Поверхность теплообмена
РАСЧЕТ РИС-Н- И
1. Объем реактора
2. Поверхность теплообмена
Find(Fto) 
РАСЧЕТ РИС-Н-А
1. Объем реактора
2. Адиабатическая температура
Литература
1. Бретшнайдер С., Кавецкий В., Лейко Я. И др. Общие основы химической технологии. Л.: Химия, Лен.отд-е, 1977. 503 с.
2. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.:Химия, Лен-е отд-е, 1978. 392 с.
3. Основы химической технологии //И.П.Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина, Н.В. Кузичкин; под ред. И.П. Мухленова. - М.: Высшая школа, 1991. - 463 с.
4. Общая химическая технология// под ред. А.Г.Амелина. М.:Химия, 1977. 400 с.
5. Бесков С.Д. Технохимические расчеты. М.:Высшая школа, 1966. 520 с.
6. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. -М.: Высшая школа, 1990. 520 с.
7. Ахметов К. Windows 95 для всех. М.: ТОО "КомпьютерПресс", 1997. 256 с.
8. Додж М., Кайнет К. Эффективная работа с Excel 7.0 для Windows 95. Санкт-Петербург: Питер, 1996. 1000 с.
9. Гарнаев А.Ю. Использование MS Excel и VBA в экономике и финансах. СПб.:БХВ. Санкт-Петербург, 2000. 386 с.
10. Вольфкович С.И., Егоров А.П., Эпштейн Д.А. Общая химическая технология. Изд-е химической литературы, М.-Л., 1953, т.1. 632 с.
11.Справочник сернокислотчика /Под. Ред К.М.Малина: М. Химия, 1971. 744 с.
12. Аладьев В.З., Гершгорн Н.А. Вычислительные задачи на персональном компьютере. К.:Тэхника, 1991. 245 с.
13. Чертов А.Г. Единицы физических величин. М.:Высшая школа, 1977. 287 с.
Приложения
