3.Технологический критерий эффективности химико – технологического процесса.

1).Степень превращения – это доля исх.вещ-ва затраченного в ходе хим.реакции.

Для реакции А R

Х_А= n_АО - n_А/n_АО, где n_АО- кол-во исх.вещ-ва в начале реакции.

n_А – кол-во реагента А в начале процесса.

Х_А=n_А/n_АО

0Х1 . Если реакционный объём не меняется в ходе реакции (объём реактора), то степень превращения можно выразить, через концентрацию.

С_АО,С_А- начальная и конечная концентрация реагента А.

V- объём реакционной смеси или объём реактора.

2). Выход продукта , Ф_А – это отношение реально полученного продукта к максимальному выходу.

Максимальный выход продукта можно определить по стехиометрическому уравнению Для реакции А R

Ф_А= n_R/n_Rmax, где n_R – реально полученный выход R.

Rmax – максимальный выход.

3). Селективность, 

Селективность – это отношение кол-ва целевого продукта к общему кол-ву готовых продуктов.

Для параллельной реакции.

А R

 S

А – исх.продукт.

R,S- готовые продукты.

4). Производительность – это кол-во готового продукта полученного в единицу времени.

П=n_R/ для реакции из А R

- время.

П= С_Rּ_R(кг/с).

С_R-концентрация готового продукта.

_R- скорость выхода готового продукта.

Максимальная производительность наз.мощностью.

5). Интенсивность (I) – это производительность отнесена какой-нибудь геометрической хар-ки реактора ( объёму (кг/м³, поперечному сечению кг/сּм²).

4. Скорость хим.Реакции.

Скорость хим.реакции опр-ся кол-вом выбранного продукта в единицу времени, в единицу объёма.

,

где V –реакционный объём,  - время, n_А- кол-во готового продукта.

F- поверхность реагирующих фаз.

Общая формула хим.реакции:

, где

К-константа скорости хим.реакции.

Z-предэкспонентный множитель.

Е – энергия активизации.

R- универсальная газовая постоянная.

Т- температура Кельвина.

С₁,С₂,С₃ – концентрация компонентов 1,2,3.

е - основание натурального логарифма.

n₁, n₂, n₃- стехиометрические коэффициенты.

5

5. Периодический реактор идеального смешения (прис)

В ПРИСе за счет идеального перемешивания параметры и концентрация реагентов постоянны в какой-то момент времени.

Графически:

время

x(y;z)-пространственные координаты

СА-концентрация реагента А

Но параметры и концентрация реагентов в ПРИСе изменяются во времени.

Графически:

Общий вид математического описания ПРИСа

Где: x-степень превращения исходного реагента

С-концентрация исходного реагента

r-скорость реакции

Конкретный вид математ. описания ПРИСа определяется из уравнения материального баланса.

Для элементарного объема реактора по изменению реагента А материальный баланс представляется в виде ; A R

1. Изменение реагента А в объеме аппарата за счет скорости по осям

2. Изменение реагента А за счет молекулярной и конвективной диффузии по осям x, y,z

3. Изменение реагента А за счет скорости химической реакции

_x, _y, _z - скорости среды по осям x,y,z

Д – коэффициент молекулярной и конвективной диффузии

r_a- скорость химической реакции

и

Периодический процесс в реакторе это не стационарный процесс и он характеризуется изменением концентрации.

При идеальном перемешивании концентрация реагента остается постоянной по всем осям x, y,z. Поэтому :

Тогда или (1)

Известно, что

(2)

- количество вещества А в начале и в конце реакции ( Na- текущая концентрация)

Если реакционный объем Vр =const, то

(3)

- начальная и текущая концентрация реагента А

Из уравнения (3) определяем текущую концентрацию Са

(4)

Скорость химической реакции в общем виде выражается : (5)

Производная от уравнения( 4)

(6)

С учетом уравнений (5) и (6) уравнение (1) будет :

Если уравнение( 6) поставить в уравнение (1), то получим математическое описание ПРИСа или

Или (7)

Проинтегрировав уравнение (7) в пределах изменения времени пребывания от 0 до  и степени превращения от 0 до Xа получим

(8)

Это и есть модель ПРИСа или математическое описание ПРИСа (времени реакции)

Математическое описание ПРИСа при порядке реакции n=n

Уравнение (4) и (5) подставим в уравнение (8)

(9) при n=n

При порядке реакции n=1

(10)

При порядке реакции n=0

(11)

Уравнение (10) и (11) проинтегрируем

(12) n=0

ln ln

ln (13) n=1

Если начальная степень превращения , то уравнения 9, 12,13 примут вид

(14) n=n

(15) n=0

ln (16) n=1

Если порядок реакции и , то уравнение (9) трудно интегрировать, поэтому применяют метод графического интегрирования.

1.Строим графическую зависимость в координатах

и т.е.

2,Находят площадь S под кривой

;

3.Произведение начальной концентрации на площадь S дает время химического процесса

7 Реакторы идеального вытеснения (РИВ)

РИВ – трубчатый аппарат длина которого значительно превышает диаметр ( непрерывый процесс осуществляется)

Непрерывный процесс может быть стационарным и нестационарным. Последний характерен для привода пуска и остановки РИВ.

В РИВе степень превращения и концентрация изменяются:

Особенности РИВ.

1.Среда движется в одном направлении по - длине

2.Продольное и поперечное перемешивание отсутствуют.

3.Среда движется как поршень не перемешиваясь с предыдущими и последующими слоями, такой режим называется поршневым..

4. Состав среды изменяется вдоль РИВ в определенной зависимости.

5.Время пребывания каждой частицы в РИВе одинаково.

Общий вид математического описания РИВ.

Для вывода конкретного уравнения РИВ используют уравнение материального баланса

(1)

Тип реакции A R

При стационарном режиме в РИВе

; ; Д=0

Тогда уравнение (1) примет вид

(2) - нестационарный режим

(3) - стационарный режим

Из (3) находим математическое описание РИВ

; ;

(4)

Уравнение (4) интегрируем в пределах измерения во времени от 0 до τ и степени превращения от 0 до Х_А.

(5)

таким образом математические описания РИВ и ПРИС одинаковые.

Различие_________ для ПРИС уравнеие получено (для нестационарного режима), а для РИВ (стационарный режим).

Определим уравнение для РИВ при порядке реакции n=n; n=1; n=0;

Известно, что (6), а

Подставим уравнение (6) и (7) в (5)

(8) при n=n;

n=1

(9) при n=1

(10) при n=0

Если начальная степень превращения реагента А и не равны нулю то уравнения (9) и (10) приму вид

(11) при n=1

(12) при n=0

При порядке реакции n не равно нулю и n не равно единице, уравнение (8) трудно интегрировать, поэтому применяют метод графического интегрирования.

рис 1

1- ; 2- ;

1) Строятся графическая зависимость в координатах и Х_А т.е.

2) Определяется площадь под кривой

3) Произведение концентрации на S даёт возможность определить площадь химического процесса.