- •Введение
- •1. Расчет материального баланса ХТП
- •1.1. Расчет приходной части баланса
- •1.1.1. Расчет состава и расхода потока
- •1.1.2. Газы и их смеси
- •1.1.3.Способы выражения концентрации растворов
- •1.1.4.Степень превращения и выход продуктов
- •1.2. Расчет по уравнению химической реакции
- •1.4. Расчет расходной части баланса
- •1.5. Сводная таблица материального баланса
- •1.6. Примеры решения задач
- •1.6.1. Простейшие упражнения
- •1.6.2.Расчет состава равновесной смеси и степени превращения
- •1.6.3. Расчет материального баланса обратимых реакций
- •1.6.6. Расчет материального баланса при одновременном протекании нескольких реакций
- •2. РАСЧЕТ теплового баланса хТП
- •2.1. Основные расчетные соотношения
- •2.2. Примеры решения задач
- •3. Расчет химических реакторов
- •3.1. Основные расчетные соотношения
- •3.2. Примеры решения задач
- •4. Расчеты на персональных компьютерах
- •4.2. Расчет равновесной степени превращения ХА*
- •2. При решении системы уравнений следует ввести начальные условия по искомым компонентам, команду <Given> и получить результаты командой <Find>, введя искомые величины в круглых скобках через запятую.
- •4.3.1. Программа расчета реактора средствами Mathcad
- •Литература
- •Приложения
- •Приложение 1. Термодинамические свойства веществ
- •Приложение 2. Средняя мольная теплоемкость веществ
- •Приложение 3. Соотношения размерностей физических величин
- •Контрольные вопросы
- •Раздел 1
- •Раздел 2
- •Раздел 3
- •Раздел 4
- •Раздел 5
- •Раздел 6
- •Задачи
- •Задание 1
- •Задание 2
- •Задание 3
- •Задание 4
- •Задание 5
- •Задание 6
- •Задание 7
- •Задание 8
- •Задание 9
- •Задание 10
- •Задание 11
- •Задание 12
- •Задание 13
- •Задание 14
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
I1=∆H298 - ∆a 298 - ∆b |
2982 − ∆c |
2983 |
+ |
∆c' |
− |
∆d 2984 |
|
|
(1.25) |
|
|
|
|
||||||||
2 |
3 |
|
298 |
|
4 |
|
|
|
||
I2 = ∆G298 − ∆H298 + ∆a (1+ln298) + |
∆b 298 |
+ 0,5∆c 2982 − |
∆c' |
+ ∆d |
2983 . (1.26) |
|||||
2 2982 |
||||||||||
298 |
|
|
|
|
|
|
12 |
|
||
Значения коэффициентов и стандартные значения ∆H298, ∆G298 и ∆S298 |
при Т=298 К и |
|||||||||
Р=101,325 кПа берут из таблиц (см. Приложения). |
|
|
|
|||||||
Если нет необходимых значений |
∆G298,i, но есть ∆Н298,i |
и ∆S298,i, |
то используют |
|||||||
формулу (1.27) (cм. Приложение 1): |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
∆G = ∆Н- Т ∆S. |
|
|
|
(1.27) |
|||||
Как видно, расчет ХА* по совокупности приведенных выше формул требует значительных усилий, что существенно ограничивает их применение.
Полученное значение Х*А используют в дальнейшем для расчета материального и теплового баланса реактора.
Выходом продукта ФR называется отношение практического выхода продукта NR,p к его максимально возможному (теоретическому) количеству NR,t:
ΦR = |
NR,p |
100% |
(1.28) |
|
NR,t |
||||
|
|
|
Величину NR,t рассчитывают по уравнению химической реакции, используя выра-
жения (1.23), (1.24).
Связь между ФR и XA выражается соотношениями: - для необратимых реакций ФR =XA;
- для обратимых реакций ФR = XA .
X*A
1.2.Расчет по уравнению химической реакции
Вхимической реакции общего вида νAА+νBB νRR+νSS ±Q вещества реаги-
руют в соответствии с соотношением стехиометрической эквивалентности:
NA,0 − NA |
= |
NB,0 − NB |
= |
NR − NR,0 |
= |
NS − NS,0 |
, |
(1.29) |
|
|
|
|
|||||
νA |
νB |
νR |
νS |
|
||||
где Ni,0 – мольные количества веществ до начала химической реакции, Ni – текущие (конечные) количества, νi - стехиометрические коэффициенты.
УГХТУ, кафедра общей химической технологии
15
Количество всех у чтников и продуктов реакции (Ni,хр) рассчитывают по любому из веществ (NА,0), количество которого известно:
Ni,хр = |
νi |
NА,0 ХА; |
(1.30) |
||||
|
|||||||
|
νA |
|
|
|
|||
mi,хр = |
νi |
|
|
Mi |
mА,0 ХА. |
(1.31) |
|
|
|
|
|||||
νA |
|
MA |
|
||||
Здесь m и M – массa и молярная масса веществ соответственно.
1.4. Расчет расходной части баланса
На выходе из реактора (расходная часть баланса) поток состоит из продуктов реакции, непрореагировавших исходных веществ (при ХА<1), и веществ, не участвующих в химических превращениях (инертов). Количество каждого компонента в
расходной части баланса рассчитывают по формуле: |
|
Ni = Ni,0 - Ni,хр , |
(1.32) |
где Ni,хр – количество вещества, израсходованного (для исходных) или образовавшегося (для продуктов) в результате реакции.
1.5. Сводная таблица материального баланса
Для реакции типа νAА+νBB νRR+νSS , протекающей в присутствии инерта I, результаты расчета материального баланса рекомендуется представлять в табличном виде (табл.1.3):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.3. |
|
|
|
Сводная таблица материального баланса |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В-во |
Mi, |
ПРИХОД |
|
РЕАКЦИЯ |
РАСХОД |
|
|
||||
|
кг/км |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ni,0, кмоль/ч |
mi,0, кг/ч |
νi |
Ni,х, кмоль/ч |
Ni, кмоль/ч |
mi, кг/ч |
|
||||
А |
МА |
NA,0 |
mA,0 |
νA |
NA,0 ХА |
NA,0 - NА,хp |
NA MA |
|
|||
B |
М B |
NB,0 |
mB,0 |
νB |
ν |
B |
NA,0 ХА |
NА,0 - NА,хp |
NB MB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
νA |
|
|
|
|||
R |
МR |
NR,0 |
mR,0 |
-νR |
νR NA,0 ХА |
NR,0 - NR,хp |
NR MR |
|
|||
|
|
|
|
|
νA |
|
|
|
|||
УГХТУ, кафедра общей химической технологии