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 Dmeo 2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 2.1. СТЕХИОМЕТРИЯ В РАСЧЕТАХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 2.1.1. Расчетные формулы Изменение состава реагирующей смеси происходит в соответствии со стехиометрическими уравнениями реакций. Стехиомет-рическоеуравнение показывает, в каком соотношении реагенты вступают во взаимодействие друг с другом, и имеет вид УдА + УвВ+... = VjR + VsS+... (2.1) Это уравнение показывает, что реагенты А, В расходуются, а продукты R, S образуются в соответствии с их стехиометрическими коэффициентами Уд, Vg, V, Vg и т д. Отметим, что стехиометрическое уравнение - балансовое и может не соответствовать истинному направлению протекания химических превращений. Обозначим; Nq, Nq, Nq, Nq - первоначальные количества веществ А, В, R, S; Л'д, Ng, N, - их текущие количества к какому-то моменту времени. В соответствии со стехиометрическим уравнением получим стехиометрическое балансовое соотношение АО-А bq-Nb N-\o As-so (2.2) где (ТУдо - Л^д), (yVgQ - yVg) - количества превратившихся веществ А и В; {N - Nq), (Afg - Afgg) - количества образовавшихся продуктов R и S. Уравнение (2.1) удобно представить в форме алгебраического уравнения Iv.A,. = 0, (2.3) где V. - стехиометрические коэффициенты, причем v. < О для исходных веществ и v. > О для продуктов; А^. - обозначения веществ, вступивших или образовавшихся в реакции. Тогда Ц^= const, (2.4) где Л^. и Af.Q - количество /-го вещества соответственно после и до превращения. Если превращение описывается одним стехиометрическим уравнением, такую реакцию в химической технологии называют простой. Если превращение описывается несколькими стехиометрическими уравнениями и происходит образование целевого и побочных продуктов, такая реакция называется сложной. Сложная реакция состоит из нескольких частных реакций, описываемых стехиометрическими уравнениями следующего вида: Ч-А + Vg.B + ... = Vj.R + vjS + j= 1, ... /, или Iv.A. = 0, (2.5) где индекс j относится ку-й частной реакции. В уравнении (2.5) стехиометрический коэффициент Vy может быть равен нулю, если это вещество не участвует в данной реакции. На основании стехиометрической количественной связи между реагентами можно рассчитать состав реакционной смеси в химическом превращении. Таким образом, стехиометрические уравнения служат основой для составления материального баланса, а на этой основе - расчета теплового баланса и основных технологических показателей. Для расчета материального баланса необходимо использовать только стехиометрические независимыеуратенш, т. е. такую систему уравнений, в которой ни одно из них не может быть получено линейной комбинацией других. Базисная система стехиометрических уравнений, однозначно и полно описывающая процесс, должна содержать стехиометрически независимые уравнения, число которых: для окислительно-восстановительных реакций У=В-Э; для обменных реакций У= В- Э+ 1, где Ау = Еу,- = + Уд - Уд - Ур - изменение количества веществ в реакции. Степень превращения из уравнения (2.8) Сао(1+Сд) А Если реакция протекает без изменения объема реакционной смеси или не происходит изменения общего количества реагирующих ве- где У - число уравнений в базисной системе; В - число веществ (участников химического превращения); Э - число химических элементов, из которых состоят вещества. Поскольку число уравнений У меньше числа веществ В, то связь между количествами всех веществ определяется через степень превращения одного из исходных веществ - ключевого компонента, который находится в недостатке. Тогда можно ввести понятие степени превращения Xj этого компонента. Степень превращения вещества - отношение количества превращенного вещества к его первоначальному количеству: а = (ао-а)/Л^ао- (2.6) Используя определение степени превращения (2.6) и соотношение (2.4) между количествами превращенных компонентов, получим уравнения для расчета количества любого вещества в молях в реакционной смеси при протекании простой реакции: Л^, = ЛГ,-у,/(УдЛГдоХд). Концентрация вещества C, молярные доли, С,. = Л^/1ЛГ., (2.7) где ЕЛ- - суммарное количество всех веществ, включая инерты (не участвующие в реакции). Для простой газофазной реакции 1ЛГ. = 1ЛГ.,-Ау/(УддоХд); Ki АОА -К7- (2.8) А |
© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2024 Разработчик – Евгений Андрианов |