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Chemical Reactors Stanley M. Walas
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Chemical Reactors Stanley M. Walas Book Description Reactors are the basic equipment in any chemical plant. This collection of solved problems in elementary chemical reaction kinetics describes their process design from an engineer's point of view. Each chapter begins with a brief statement of definition and theory accompanied by original problems and others modified from existing literature. The book covers numerical techniques, analysis of rate data, sizes and performances of ideal reactors, residence time distributions and performance of non-ideal models, solid catalyzed reactions, behavior of porous catalysts, and reactions between multiple phases including biochemical processes. this book contain: MODELING CHEMICAL REACTORS Mathematical Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-4 Modeling Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-5 Chemical Kinetic Laws. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-5 Basic Reactor Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-9 Material Balances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-9 Heat Transfer and Mass Transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-9 Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-9 Example 1: Kinetics and Equilibria of Methanol Synthesis . . . . . . . . 23-13 Example 2: Coping with Multiple Reactants and Reactions. . . . . . . . 23-13 Example 3: Thermal Cracking of Heavy Oils (Visbreaking) . . . . . . . . 23-13 Example 4: Styrene from Ethylbenzene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-14 RESIDENCE TIME DISTRIBUTION (RTD) AND REACTOR EFFICIENCY Tracers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-15 Reactor Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-15 Tracer Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-16 Kinds of Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-17 Response Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-17 Elementary Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-17 Real Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-17 Tracer Equations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-17 Ideal CSTR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-17 Plug Flow Reactor (PFR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-18 Multistage CSTR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-19 Combined Models, Transfer Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-19 Characterization of RTD Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-19 Gamma or Erlang Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-19 Gaussian Distribution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-19 Gram-Charlier Series . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-20 Empirical Equations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-20 Chemical Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-21 Segregated Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-21 Maximum Mixedness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-21 Dispersion Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-23 Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-23 Comparison of Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-23 Multiplicity and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-23 CATALYSIS Homogeneous Catalysis . 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-30 Example 5: Application of Effectiveness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-30 Adiabatic Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-30 Deactivation in Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-30 Distribution of Catalyst in Pores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-31 Catalytic Membrane Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-32 HOMOGENEOUS REACTIONS Liquid Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-32 Laminar Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-33 Nonisothermal Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-33 Gas Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-33 Supercritical Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-34 Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-35 Kinds of Polymerization Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-36 Bulk Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-36 Bead Polymerization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-36 Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-36 Solution Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-36 FLUIDS AND SOLID CATALYSTS Single Fixed Beds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-36 Multiple Fixed Beds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-36 Multitubular Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-37 Slurry Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-38 Transport (or Entrainment) Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-38 Fluidized Beds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-38 Moving Beds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-38 GAS/LIQUID REACTIONS Mass Transfer Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-39 Countercurrent Absorption Towers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-41 First-Order or Pseudo-First-Order Reaction in a Liquid Film . . . . . . . 23-42 Second-Order Reaction in a Liquid Film . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-42 Scale-Up from Laboratory Data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-43 Hatta Number. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-43 Specific Rate kc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-43 Gas-Film Coefficient kg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-43 Liquid-Film Coefficients kL (Physical) and EkL (Reactive) . . . . . . . . 23-43 Industrial Gas-Liquid Reaction Processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-44 Removal of CO2 and H2S from Inert Gases, Packed and Tray Towers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-44 Sulfur Dioxide, Spray Towers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-44 Stirred Vessels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-44 Hydrogenation of Oils in Stirred Tanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-46 Aerobic 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-55 REACTIONS OF SOLIDS Thermal Decompositions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-56 Organic Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-56 Exothermic Decompositions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-56 Endothermic Decompositions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-56 Solid Reaction Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-56 Carbothermic Reactions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-58 Solids and Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-58 Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-58 Equipment and Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-58 Pyrometallurgical Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-60 Desulfurization with Dry Lime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-61 References for Reactions of Solids. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-61 23-2 CHEMICAL REACTORS [ Last edited by darliu on 2007-9-22 at 23:55 ] |
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