Главная Показатели химического производства 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 [ 49 ] 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 5.1.1. Материальный баланс при химическом превращении Изменение химического состава реагирующей смеси описывается стехиометрическими уравнениями, которые показывают в каких соотнощениях вещества вступают в реакцию и определяют количественные изменения состава реакционной смеси. Простая реакция будет представлена одним стехиометрическим уравнением УдА + УвВ-ь... = VRR-bVsS-h... (5.1) Как принято, стехиометрические коэффициенты Уд, и другие показывают количество соответствующих веществ, вступивщих в реакцию. Соотнощение между количествами превращенных веществ AN, также выраженных в молях. Здесь ДТУд, AjVg - количества израсходованных исходных веществ А и В; ДЛ, AN - количества образовавщихся веществ R и S. Используют также изменение концентраций реагирующих веществ ДСд ДСв ДСк ДС5 где AG- - изменения количества г-го вещества в г-и превращении; R - общее число превращений. Несколько превращений вещества может происходить или при протекании сложной реакции (тогда г относится к этапу сложной реакции), или в результате последовательности превращений (тогда /-относится к очередному превращению), или в результате и того и другого. На основе материального баланса составляют тепловой баланс, который отражает закон сохранения энергии; где Х^ и Х? - теплота или энергия, соответственно вносимая с реагентами и выносимая с продуктами, остатками сырья, включая потери; Ji(f - энергия источников - теплота протекающих химических реакций и физических процессов (испарение и конденсация, растворение и десорбция, сжатие и расщирение и др.). где Ду - изменение числа молей в реакции (Ду > О для реакции, в которой образуется больше молей продуктов, чем у исходных веществ). Для реакции, протекающей без изменения объема реакционной смеси, как определено выше, С, = С,о±-СдоХд. (5.46) В таких случаях: газофазная реакция протекает без изменения объема, концентрация выражена в молярных или объемных долях; реакция протекает в жидкой фазе, используется молярная концентрация, например моль на литр. Зная количество одного из веществ после химического превращения, можно определить количества всех компонентов смеси. Например, если ТУд - количество оставшегося исходного вещества А, то 7У,= 7Уд,±(у,/Уд)(7Удо-д); (5.2а) если - количество продукта R после превращения, то = ±(W(R-Ro)- (5.26) Здесь знак + - для продукта реакции, знак - - для исходного вещества. Используя степень превращения вещества А , АО-А АО можно определить количество любого компонента: Ni = iO-AOA- (5.3) Здесь знак + - для продукта реакции, знак - - для исходного вещества. Молярная доля компонента в реакционной смеси 2ji 1+-Сдохд A-f C = S где Vy - стехиометрический коэффициент /-го вещества в у'-й реакции. Зная количества компонентов Л^., рассчитывают их молярные доли: г Ч-~в- (5.6а) и Для реакции, протекающей без изменения объема реакционной смеси, С, = Сю ± Л Г^ Сао^а, (5.66) Зная количество хотя бы одного компонента на выходе из реактора или степень превращения исходного компонента, можно определить по уравнениям (5.2), (5.3), (5.4) состояние выходного потока - количества и концентрации всех веществ. Сложная реакция будет представлена несколькими стехиометрическими уравнениями, подобными (5.1). Их называют частными реакциями. Определение числа и вида стехиометрических уравнений для описания сложной реакции подробно представлено в учебнике [2]. В сложной реакции какая-то из них приводит к образованию полезного продукта, например R. Другие реакции - побочные, без образования нужного продукта. Для более простого изложения характеристик сложной реакции представим ее системой стехиометрических уравнений, в которых: 1) левая часть содержит одно и то же исходное вещество; 2) правая часть только одного уравнения содержит полезный продукт. Например, A-f- B = R х = Х[ (5.5) Вводится степень превращения исходного вещества в каждом стехиометрическом уравнении. В примере показаны и Xj - степени превращения вещества А в каждой реакции и общая степень его превращения. Задавшись степенью превращения Хд,- исходного вещества А в каждом стехиометрическом уравнении, определим количества всех компонентов: |
© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2024 Разработчик – Евгений Андрианов |