Величины, необходимые для расчетов реакторов и балансов.

Концентрация вещества – отношение количества вещества в молях к объему реактора, в котором равномерно распределено это вещество.

Для периодических процессов:

Для непрерывных процессов:

При определении концентрации могут встретиться два случая:

I. Когда объем и объемный поток остаются неизменными во времени. Это наблюдается в случае жидкофазных реакций и в случае газофазных реакций при постоянном давлении, температуре и неизменности числа молей компонентов. Тогда во всех, выведенных формулах материального баланса, вместо n_i или F_i можно использовать концентрации. Если имеется газовая смесь, то вместо концентраций часто используют парциальное давление.

Газы смешиваются друг с другом в любых соотношениях, и каждый газ, входящий в состав смеси, характеризуется своим парциальным давлением. Парциальное давление – давление, которое оказывало бы имеющееся в смеси количество газа, если бы он занимал весь объем, который занимает смесь при той же температуре. Для газов выгоднее работать с парциальными давлениями!

Закон Дальтона гласит: давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений.

Часто стоит вопрос, о приводе газов к нормальным условиям. Нормальные условия: давление – 101,325 кПа = 1 атм. = 760 мм. рт. ст.; температура – 273 К = 0 ^оС.

Все газовые законы даются только для идеальных газов, в них отсутствует межмолекулярное взаимодействие!

II. Реакции с изменением объема. Например, процесс поглощения газа жидкостью или разложение жидкости на газообразные продукты.

,

где V₀ – начальный объем;

V – текущий объем реакционной системы;

ξ – коэффициент изменения объема;

Z – функция, от которой зависит изменение объема (степень конверсии или изменение числа молей газа).

.

Коэффициент изменение объема положительный, если объем увеличивается, и отрицательный, если объем системы уменьшается. Тогда, текущая концентрация:

.

Коэффициент изменения объема часто записывается через стехиометрические коэффициенты:

A → B + Z

;

A + Y → B

Если в реакции присутствует инертные растворитель и число его молей равно β₀, то при расчете коэффициента изменения объема необходимо его учитывать:

A → B + Z

;

A + Y → B

Y взято в избытке. Необходимо найти ξ. Β_y – количество вещества Y.

A + Y → B

	A	Y	B
τ = 0	1	Βy	0
τ = τр	0	Βy – 1	1
N	1	1	1

Связь между концентрацией, давлением и конверсией

Используя приведенные выше формулы получим:

Пример:

A → B + Z

Необходимо найти: .

Аналогично находится с_Z.

В этой задаче концентрацию можно заменить на давление, так как предполагаем, что T = const.