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



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

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов