 |
Критерии эффективности ХТП и безразмерные характеристики материального баланса
|
|
|
|
Классификация хим-х р-й, лежащих в основе промышленных хт процессов
Гомо- и гетерофаз проц. Гомофаз наз процессы, все комп которых находятся в пределах одной фазы: газовой (газофазные процессы) или жидкой (жидкофазные процессы). Гетерофаз проц – это проц, комп кот находятся в двух или более фазах (системы газ – жидкость, газ – твердое тело, две несмешивающиеся жидкости).
Гомо- и гетероген проц. Гомо- и гетероген проц различ по зоне протекания самой х.р.: гомоген проц осущ в объеме какой-либо фазы, гетероген – на поверх-ти раздела фаз.
Понятия фазового сост-я компонентов р-и и зоны ее протекания совсем неоднозначны. Так, сущ гомофазн гетероген проц (н-р, газофазн р-я на тв кат-ре), гетерофазн гомогенные р-и (н-р, сульфир-е бензола, когда реагенты находятся в 2х несмеш-хся фазах, а их вз-е идет в объеме одной из фаз).
Простые и сложные реакции. Простыми –р-и, в кот не образуются измеримые или существенные для материального баланса количества других веществ, кроме тех, что фигурируют в стехиометрическом уравнении 
.Простые реакции м/б необратимыми и обратимыми. Сложные р-и состоят из двух или более макростадий, они дают ряд макропродуктов и представляют собой совокупность простых реакций:
Опись каждой буквы.
Элементар и неэлементар р-и. Элементар р. протек при непосредственном взаим исх в-в, то есть при этом вообще отсутствуют (или их пока не удалось обнаружить) какие-либо микростадии, через которые идет такая реакция
Неэлем р. имеют ряд химических микростадий, в кот участвуют промежут-е комплексы или частицы, не фигурирующие в стехиом ур-и.
Каждая из промежуточных стадий, составл-их неэлем р, является элем. При этом совокупность элементарных р-й, способов образования, природы и дальнейшего взаимодействия промежуточных комплексов и частиц составляет механизм реакции.
|
|
|
Основные характеристики веществ.
1.Концентрация. Вх.т. при опис х.п. исп аналит конц (моль/л) Ci=ni/Vi. Конц выраж этим ур-ем не равна его действ-м конц т.к. реагенты в промеж стадии могут находиться в различ форме. Для непрерыв проц аналит конц: Ci=Yn/Yv. В кач-ве конц исп мольную долю Ni=ni/Σni. Конц выраж кол-м в-ва растворен в опред весовом к-ве или объем р-ра или р-ля.
2.Давление и объем. С огласно з-ну Дальтона парц давл iкомп pi=ni/Σn *p=NiP. В ид-х усл взаимосвязь м/у парц.давл и конц опис ур-ем Клапейрона-Менделеева: pV=nRT, p=CRT.Оч часто при опис х.р. исп з-он согласно к-му при пост Т и Р, объем газа есть линейная функц степени превращ V=V0(1+ξxi). В соответствии с з-ом Гейлюссака при р=конст объем газа есть линейная функц темп-ры V=V0(1+£t) p=p0(1+£t). Летучесть-некоторая функц давления подст к-го в ур-е термодин опис ид сист позвол использ для рассчеты ид сист f=p2/pид; f/p=p/pид=γ-коэф летучести. F=γp a=f/f0.
3.Плотность и вязкость. Плотность ид в-ва опред ρ=M/V. Плотность смеси ρсм=ΣρiNi. Различ динамич вязкость и кинематич. Динамич (н*с/м2) опред только экспер-но с исп вискозиметра. Кинематич-отношение динамич вязк к плотности. Относит вязкость-отношение коэф вязкости в-ва к коэф вязкости жидкости.
4.Теплоемкость. Под теплоем поним то к-во тепла кот нужно подвести чтобы повысить тем-ру ед к-ва в-ва на 1 градус.Истиная теплоемкость-теплоем данного в-ва при данн тем-ре С=dQ/dT.Средняя-в интервале темп-р есть велич пост c=q/∆T.Изохорный: ист Cv=(dU/dT)v; средн Cv=∆U/∆T. Изобарный тоже самое только вместо U –H и v-p.
Критерии эффективности ХТП и безразмерные характеристики материального баланса
Производительность – это кол-во выработанного прод-та или переработанного сырья в ед времени:
, кг/ч.
Интенсивность – это произв-ть, отнесенная к какой-либо вел-е, хар-щей размеры реактора к его объему V или сечению S.
|
|
|
, кг/чм3.
Степень превращения – это доля реагента, исп-го на химическую реакцию.
, доли, %, где 
– количество i -го реагента в исходной реакционной смеси;
– количество i -го реагента в конце процесса.
Однако чаще всего в хим процес участвуют не один, а несколько реагентов
то в соотв-вии с ее стехиом-м ур-ем изм-я количеств ее участников связаны м/у собой следующим соотношении 
.
Степ превращ реагентов А и В, участвующих в реакции, м/б рассчитана по формул 
; 
. Тогда из урав следует, 
.
Для обратимых р-й 
, доли, %,где Y * i – количество i- го реагента в условиях равновесия. Когда р-я протекает без изм-я объема, степень превр-я реагента м/б выражена ч/з конц-ю этого реагента 
, доли, %,где Если объем реакц-й массы изм-ся во времени протекания х р, и это изменение можно считать линейным 
,
– коэф относ-го изм-я объема р.м. Тогда: 
, 
, доли, %
Выход продукта – это отнош фактически получ-го кол-ва прод-та к макс возм-му его количеству.
, доли, %
Рассмотрим необратимую х р:
Будем считать, что реагент А в недостатке по отношению к В, то есть: 
. Тогда макс возможное колво в-ва:
. С учетом этого выход продукта R может быть рассчитан по уравнению: 
. Но в тоже время фактический выход продукта R при известной степени превращения ( 
) можно найти следующим образом 
.Тогда с учетом ур-й: 
.След-о, для простых необр р выход продукта равен степени превращ.
В случае обратимой х.р.
максимально возможное количество продукта – это такое количество, которое теоретически можно получить в момент равновесия, то есть 
.С учетом уравнений и учитывая, что реакция является обратимой, получаем: 
. Т.о., для обр р-й выход продукта равен доле, которую составляет реально достигнутая степень превращения от равновесной для данных условий проведения реакции.
|
|
|
