Общая химическая технология – наука, изучающая теоретические основы разработки технологий для различных классов химических реакций.
Степень превращения (конверсия) реагента.
Характеризует все химические превращения данного вещества, протекающие в системе.
Рассчитывается как доля вступившего в химические реакции вещества, от его исходного (начального) количества.
Обозначается греческой строчной буквой альфа, в качестве подстрочного индекса может быть указан реагент.
Для реакции aА (реагент) ® bВ (продукт)
aА рассчитывается как разница между количеством реагента на входе в реактор и количеством реагента на выходе из реактора, отнесенная к количеству реагента на входе в реактор.
где: n и m - количество вещества в моль и масса вещества в кг (для периодического реактора);
для проточного реактора удобнее использовать мольный поток F (размерность моль/время) или массовый расход (размерность кг/время);
С – молярная концентрация (размерность моль/объем), расчеты по молярной концентрации корректно проводит только в том случае, если объем жидкого потока остается постоянной величиной.
При известной концентрации реагента на входе в аппарат, концентрация на выходе из аппарата выражается через степень превращения как:
Если в реакции участвует несколько веществ, степень превращения может быть рассчитана по любому из реагентов.
Для обратимой реакции aА « bВ, предельным состоянием в конкретных условиях проведения является состояние химического равновесия.
Для таких реакций дополнительно используется понятие равновесная степень превращения:
Здесь САравн или СА,е (индекс «е» от английского слова equilibrium) - концентрация реагента к моменту наступления химического равновесия).
Выход продукта – отношение реально (фактически) полученного количества продукта к максимально возможному количеству, которое можно получить в данных условиях осуществления химической реакции.
Для простой необратимой реакции aA ® bB
Выход продукта на поданное сырье (на поданный реагент) равен степени превращения:
Для обратимой реакции aA « bB
Выход продукта на поданное сырье (на поданный реагент) равен отношению фактической степени превращения к равновесной (максимальной в данных условиях):
Для сложных реакций (параллельных, последовательных, комбинированных), где помимо целевой реакции протекают побочные реакции, выход по целевому продукту рассчитывается при допущении, что все количество реагента расходуется в целевой реакции.
В целом для сложных реакций выход по данному продукту рассчитывается как произведение конверсии реагента на селективность по этому продукту.
Селективность – доля превращенного реагента, израсходованная на образование данного продукта (не обязательно целевого), при расчете селективности учитываются только химические реакции - основная и побочные.
Полная или интегральная селективность – это отношение количества реагента, израсходованное в данной реакции, к общему количеству превращенного реагента. По другому интегральную селективность можно называть избирательной конверсией так как она отражает долю реагента израсходованного на образование данного продукта в общем количестве реагента, израсходованного на образование всех продуктов.
Например, для последовательной реакции
aА (реагент) ® bВ (целевой продукт) ® cС (побочный продукт)
селективность целевого продукта B по реагенту А:
селективность побочного продукта С по реагенту А
Для параллельных реакций дополнительно используется понятие дифференциальной селективности равной отношению скорости целевого превращения к суммарной скорости расходования реагента:
А ® В (целевой продукт)
А ® С (побочный продукт)
Производительность:
количество продукта произведенного (выработанного) в единицу времени:
где В – количество продукта (кг, тонн), t - время, для выражения которого может быть использована любая единица – час, сутки, месяц, год)
Интенсивность – понятие, которое используют для сравнения эффективности работы аппаратов, используемых для осуществления одной и той же химической реакции.
Интенсивность равна производительности, отнесенной например, к единице объема аппарата:
Пример размерности для интенсивности - [кг/(м3×ч)].
Для каталитических реакторов производительность аппарата удобно относить к массе (или объему) загруженного катализатора: