Übungen

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einige Aufgaben zu Kinetik, Verweilzeit, Reaktionen und Reaktor-Entwurf :

1. Die Kinetik einer 'einfachen isothermen homogenen Fluidreaktion A + ... -> Produkte' wurde in einem KIK durch Veränderung der Verweilzeit gemessen. (mit der 'Separationsmethode': die Konzentrationen der anderen Komponenten werden konstant gehalten). Die Daten: C_A,0 = 1 (mol/l)
   

   tau (sec)	0.1	0.5	2	12	90
   Cstat(mol/l)	0.92	0.73	0.5	0.25	0.1

   C_stat = stationäre Konzentration im KIK
   Berechnen Sie: Umsatz von A, Reaktionsgeschwindigkeit
   r_(A), Reaktionsordnung bezüglich A, und Geschwindigkeitskonstante.
   wird Hilfe benötigt ?
   
   
2. * Können Sie die folgende Aufgabe rechnersich lösen uns eine Simulation entwerfen( siehe Simulationen): eine irreversible Folgereaktion erster Ordnung A -> B -> C mit den Konstanten (erster Ordnung)
   k1 = 1 (1/sec) und k2 = 0.1 (1/sec) und mit C_A0 = 1 (mol/l) wird in einem AIK und/oder einem IR einerseits und andererseits in einem KIK durchgeführt. Welche Menge
   B_max kann bei welchen Verweilzeiten im jeweiligen Grundreaktortyp erzielt werden ? Warum sollte man keine 98% Umsatz an A anstreben ? zeigen Sie zunächst zusammenfassend, wie Sie vorgehen ! 'mein Vorschlag'
   
   
3. * Finden Sie die Gleichgewichtskonzentrationen für eine reversible Reaktion von beidseitig erster Ordnung A<->B mit k1 = 1 (1/sec) und k2 = 0.1 (1/sec) und mit C_A0 = 1 (mol/l) in einer absatzweise verlaufenden Betriebsweise. Wie lange braucht es, bis 90% der Gleichgewichtskonzentrationen erreicht sind. Lösen Sie die Aufgabe durch Berechnung und entwerfen Sie die Logstische Gleichung für eine Simulation. 'Prozedere'
   
   
4. * Können Sie, ausgehend von den Differentialgleichungen, die Logistische(n) Gleichung(en) für die 'Echtzeitsimulation' einer Autokatalytischen Reaktion A-> B mit r = k C_A * C_B herleiten ?
   a.) als absatzweise ReaKtion und
   b.) in einem KIK ablaufend.
   wie werden die Graphen aussehen ? Sind Ihnen Autokatalytische Reaktionen ein Begriff ? Was gibt es zur Reaktorwahl zu sagen ? Geben Sie zunächst skizzenmässig einen Überblick. Für eine konkrete rechnerische Bearbeitung nehmen Sie als Daten: k = 1 (l*mol^-1*sec^-1), C_A0 = 1 (mol/l), C_B0 = 0 (mol/l) (??), Strömungsgeschw. : 0.5 (l/sec), Umsatz U = 99 %. Führen Sie eine Optimierung der Spez. Produktleistung durch. 'Erste Hilfe!'
   
   

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schaun Sie sich einige Echtzeitsimulationen von Reaktionskinetiken an :

1. Vergleichen Sie eine Reaktion von erster Ordnung mit einer von zweiter Ordnung siehe Schnappschuß !: Beim Wert von
   c = 1 mol/liter überschneiden sich die Werte von c¹ und c², dies hat einen Einfluß auf r(1) und r(2) bei konstanten Werten von k (zur Erinnerung: r ist das Produkt aus k und cⁿ). 'Unterhalb' (in der Konzentrationskurve) des Schnittpunkts ist die Geschwindigkeit der 1.-Ordnung-Reaktion größer als die der 2.-Ordnung-Reaktion. Und umgekehrt ist es 'oberhalb' dem Schnittpunkt c = 1. Sie müssen bei der Betrachtung von Konzentrationskurven etwas vorsichtig sein: höhere nicht schnell abfallende Werte bedeuten ein 'langsameres Abreagieren'. Diese Tatsachen sind bei der Diskussion von Parallelreaktionen von Bedeutung. Schaun Sie sich dieselbe Simulation mit zusätzlich eingezeichneten Rektionsgeschwindigkeiten an: hinunterscrollen zum nächsten Bild: siehe Schnappschuß !
   
2. sehen Sie sich eine einfache Folgereaktion A-> B-> C an und denken Sie über die Frage nach, wie man ein Maximum an Produkt B erhalten kann (welcher Reaktortyp ?) :siehe Schnappschuß.
   
   
3. sehen Sie sich eine einfache (irreversible) Parallelreaktion (Konkurrenzreaktion)A-> B und A-> C an, - mit Reaktionszweigen von erster und zweiter Ordnung ! Denken Sie über die Reaktorwahl nach.siehe Schnappschuß
   

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einige Echtzeitsimulationen zur Verweilzeit in den Grundreaktortypen:

1. Verweilzeit von einem KIK und von 2 KIKs in Seriesiehe Schnappschuß
2. Verweilzeit eines IRs siehe Schnappschuß
3. Verweilzeit einer Serienschaltung von IR und KIK siehe Schnappschuß
4. Verweilzeit eines KIKs mit 'Bypass' siehe Schnappschuß( 2 Bilder)
5. Verweilzeit einer 'Kaskade' mit n gleichen Kesseln siehe Schnappschuß
6. Verweilzeit, Vergleich eines laminaren Strömungsrohrs mit einer Serienschaltung von idealem Rohr(IR) und KIK siehe Schnappschuß

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Aufgaben zur Wärmebilanz:

1. Eine (exotherme) Reaktion 1.Ordnung laufe in einem AIK ab --> siehe Schnappschuß . Wann fängt das Lösungsmittel an zu sieden ? Können Sie die Aufgabe durch 'quasi simultane' Lösung von Stoffstrom- und Wärmebilanz lösen ?
   
   
2. Führen Sie dieselbe Reaktion von oben in einem Reaktor mit Themostatisierungs-Mantel aus. siehe Schnappschuß
   
   
3. Wie berechnen und visualisieren Sie den Temperaturverlauf in einem adiabatischen AIK ? ? schon bekannt!!

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