2.1.3. Главные показатели хтп

К главным показателям химико-технологического процесса относятся степень превращения (x_A ) выход продукта (х_R )селективность (s) и скорость реакции (ω_A).

50

Степень превращения (х_а) - это часть исходного реаґента, который вступил в химическую реакцию. Она определяется отношением количества (массы) реаґента (кг, кмоль и т.п.), который вступил в реакцию, к его начальному количеству (массы) (С_А,0)

(2.1)

где G_А- количество (масса) реаґента не вступившего в химическую реакцию.

Для обратимых реакций используют такой показатель, как равновесная степень превращения (х_А*), которая равняется отношению количества (массы) реаґента, который превратился при достижении состояния равновесия, к начальному количеству этого реаґента:

(2.2)

где - масса реаґента, который не прореагировал, в состоянии равновесия.

Выход продукта. Степень превращения характеризует эффективность осуществления процесса лишь с точки зрения использования исходного сырья. Но в случае хода параллельных или последовательных реакций часть реаґенту превращается в побочные продукты. Поэтому используют еще один показатель эффективности процесса - выход продукта, который характеризует совершенство производства с точки зрения превращения сырья в целевой продукт. Различают три вида выхода продукта: полный, равновесный и выход от теоретического.

Полный выход продукта (х_R) - это отношение количества (массы) реально полученного продукта (G_R) к максимально возможному (теоретическому) его количеству (массе) (G_R,max). Теоретическое количество продукта рассчитывается по стехиометрическим уравнениям реакций.

(2.3)

Равновесный выход продукта - отношение массы продукта, который образовался на момент достижения состояния равновесия , к максимально возможной (теоретической) массе продкта (G_R,max)

(2.4)

Выход от равновесного - отношение массы продукта, который реально образовался (G_R), к массе продукта , который может образоваться на момент достижения состояния равновесия

(2.5)

Если продукт образуется вследствие взаимодействия двух или более реаґентов, то можно определять выход продукта за каждому из реаґентов. В этом случае

51

выход продукта по конкретному реагенту определяется отношением массы практически полученного продукта к теоретически возможной массе, которую можно получить из этого реагента.

Для электрохимических производств или процессов применяют такую разновидность указанного выше показателя, как выход по току (ВТ): это отношение массы практически полученного продукта (G_R) к теоретически возможной массе

(2.6)

Теоретически возможную массу рассчитывают по закону Фарадея

(2.7)

где Э - эквивалентная масса вещества; I- сила тока; τ - продолжительность электролиза; F – постоянная Фарадея.

Селективность, или избирательность (s). С помощью этого показателя дается количественная характеристика использования реагента для получения целевого продукта в случае протекания параллельных или последовательных реакций, вследствие которых часть реагента расходуется на образование побочных продуктов.

Различают два вида селективности - полную (интегральную) и мгновенную (дифференциальную).

Полная (интегральная) селективность (s_i) — это отношение количества (массы) исходного реагента, который израсходовался на целевую реакцию, к общему количеству реагента, который прореагировал с образованием целевых и побочных продуктов:

(2.8)

где - количество (масса) реагента А, который превратился в целевой продукт R - количество (масса) реагента А, который вступил во все химические превращения; -количество (масса) реагента А, который превратился в побочный продукт S.

Мгновенная (дифференциальная) селективность ( )- отношение скорости превращения реагента в целевой продукт к суммарной скорости превращения этого реагента.

(2.9)

где - скорость превращения реагента А в целевой продукт R; -суммарная скорость превращения реагента А; - скорость превращения реагента А в побочный продукт S.

52

Скорость химического процесса (ω_А) определяется количеством реагента, который вступил в реакцию, или образовался в результате реакции в единице объема за единицу времени

(2.10) или (2.11)

Если химический процесс происходит без изменения объема реакционной среды, то скорость реакции можно выразить через изменение концентрации реагирующих веществ во времени:

(2.12) или (2.13)

Скорость химического процесса можно также выразить через изменение степени превращения во времени. Поскольку С_А = С_А,0(1 — х_А ), то

(2.14)

(2.15)