загрузка...
загрузка...
На головну

Основні показники хіміко-технологічного процесу

  1. Amp; 10. Основні напрямки сучасної філософія історії
  2. I Основні інформаційні процеси і їх реалізація за допомогою комп'ютерів
  3. I стадія раневого процесу.
  4. I. Основні і допоміжні процеси
  5. II. 6.4. Основні види діяльності та їх розвиток у людини
  6. II. Основні завдання та їх реалізація
  7. III. 13.1. Поняття про уяву, його основних видах і процесах

Ступінь досконалості технологічного режиму кількісно оцінюють за допомогою показників ХТП. До основних показників відносять: ступінь перетворення вихідних реагентів, вихід продукту, вибірковість (селективність) процесу, витратні коефіцієнти.

Ступінь перетворення.

Досконалість процесу з позиції повного використання сировини оцінюють за допомогою ступеня перетворення (конверсії). Ступінь перетворення - це відношення кількості (маси, об'єму) одного з реагентів, що вступив у реакцію, до початкового кількості (Маас, обсязі) цього реагенту. Наприклад, для реакції

АА + BВ = dD

ступінь перетворення Х розраховують за співвідношенням:

ХА = (MА, 0 - mА) / MА, 0 = (NА, 0 - nА) / NА, 0 = (VА, 0 - vА) / VА, 0 (1.3.1)

ХВ = (MВ, 0 - mВ) / MВ, 0 = (NВ, 0 - nВ) / NВ, 0 = (VВ, 0 - vВ) / VВ, 0

тут mА, 0, mВ, 0, nА, 0, nВ, 0, vА, 0, vВ, 0 - Маса, число молей і обсяг реагентів А і В на початку процесу, mА, mВ, nА, nВ, vА, vВ - То ж в кінці процесу.

Якщо реагенти А і В взяті в стехиометрическом співвідношенні, то ХА = ХВ. Ступінь перетворення реагенту, взятого з надлишком від стехіометричного співвідношення, завжди нижче, ніж для реагенту, що надходить в нестачі. якщо ?В - Коефіцієнт надлишку В по відношенню до стехіометрії, то

ХА = ?ВХВ (1.3.2)

Якщо реакція протікає без зміни обсягу, то концентрація (С, моль / м3) Реагенту або його об'ємна частка (?,%) на початку і наприкінці процесу рівні:

СА, 0 = nА, 0/ V ЗА, = nА,/ V; ?А, 0 = (VА, 0 / V) * 100 ?А = (VА / V) * 100 (1.3.3)

Для реакцій, що протікають зі зміною обсягу

ХА = (СА, 0 А) / (СА, 0 -?АСА) (1.3.4)

тут ?А - Відносна зміна обсягу реакційної суміші при повному перетворенні реагенту А.

Для процесів міжфазної массопередачі (випаровування, конденсація, абсорбція, десорбція) ступінь перетворення називають ступенем межфазного переходу, наприклад ступенем абсорбції, ступенем десорбції, ступенем конверсії і т.д.

Вихід продукту.

Для складних (паралельних, послідовних) реакцій поряд зі ступенем перетворення вихідних речовин використовують поняття «вихід продуктів».

Вихід продукту Ф - це відношення фактично отриманого продукту nФ (Або mФ) До його максимальній кількості nмакс (Або mмакс), Який розраховується за стехиометрическому рівняння при ступеня перетворення вихідних реагентів, що дорівнює 1:

ФФ = nФ/ nмакс = mФ / mмакс (1.3.5)

Якщо в реакції беруть участь два або більше речовин, наприклад, А + В > D, то розрізняють вихід цільового продукту D по вихідній речовині А (Ф D (А)) І по речовині В (Ф D (В)). Якщо А і В містяться у вихідній суміші не в стехиометрическом співвідношенні, то Ф D (А) ? Ф D (В)

Для простих реакцій (тобто у відсутності паралельних і послідовних перетворень) вихід продукту чисельно дорівнює ступеню перетворення вихідних речовин.

Для простих незворотних реакцій максимальний фактичний вихід ФФ.макс дорівнює 1. Для оборотних реакцій вихідна речовина перетворюється в продукт не повністю, і якщо в формулу (3.5) замість nФ підставити кількість продукту, отримане в умовах рівноваги n*, То ФФ.макс<1. Цей вихід називається рівноважним Ф *

ФФ.макс = n*/ nмакс = Ф *. (1.3.6)

Для характеристики ступеня наближення оборотного процесу до рівноваги на практиці використовують так званий вихід від теоретичного або рівноважного виходу, який дорівнює відношенню кількості фактично отриманого продукту nФ до кількості його, яке вийшло б, якби процес прийшов в стан рівноваги n*:

ФТ = nФ / n* = ФФ/ Ф * (1.3.7)

Вихід продукту виражають у частках одиниці або у відсотках. Цей показник багато в чому відображає ступінь досконалості технологічного процесу, витрати сировини на одиницю продукту і економічні показники виробництва.

швидкість ХТП.

Щоб визначити час, необхідний для досягнення заданого виходу продукту або заданого ступеня перетворення вихідного реагенту, потрібно знати швидкість ХТП. Вона визначає інтенсивність протікання процесів.

Швидкість хіміко-технологічного процесу висловлюють зміною кількості будь-якого компонента, прореагировавшего або утворився в результаті хімічної реакції в одиницю часу в одиниці реакційного обсягу v (для гомогенних ХТП) або на одиниці поверхні S розділу фаз (для гетерогенних ХТП).

Якщо при протіканні процесу не відбувається обмін речовиною з навколишнім середовищем, середня швидкість витрачання вихідної речовини або утворення продукту за інтервал часу ?? = ?2 - ?1 в загальному випадку дорівнює:

U = (n2 -n1) / [? (?2 - ?1)] = ?n / (? * ??) (1.3.8)

тут n1, n2 число молей речовини в моменти часу ?1 і ?2 відповідно;

?-середній обсяг реагує суміші.

Середня швидкість дорівнює інтенсивності протікання процесу.

При ?? = 0 отримують миттєву або справжню швидкість, відповідну конкретного моменту часу. Миттєва швидкість ХТП виражається співвідношенням:

U = lim ?n / v * ?? = ± (1 / v) (dn / d?) (1.3.9)

Користуватися цим рівнянням можна при дотриманні двох умов: а) реакційний обсяг залишається постійним; б) обсяг можна вважати закритим.

Закритим, або замкнутим, об'ємом вважають такі умови, коли реагує система не обмінюється речовиною з навколишнім середовищем.

Якщо швидкість визначають по образующемуся продукту реакції, то вираз (3.9) використовують зі знаком плюс, якщо по вихідній речовині - зі знаком мінус. Слід пам'ятати, що швидкість ХТП завжди позитивна.

На практиці часто користуються більш простим рівнянням, придатним для ХТП, що протікають при постійному обсязі. Враховуючи що

n? / V = ??С?, Тобто одно концентрації речовини, при постійному об'ємний маємо:

U = ± d З? / D? (1.3.10)

Для процесів з газоподібними речовинами швидкість зручно висловлювати через зміну парціальних тисків Р? реагуючих компонентів суміші:

U '= ± d Р?, / D? (1.3.11)

Іноді швидкість висловлюють через зміну ступеня перетворення:

U "= ± d Х?, / D? (1.3.12)

Для гетерогенних ХТП, коли реакція протікає на кордоні розділу фаз, швидкість часто відносять до одиниці міжфазної поверхні S:

U = ± (1 / S) (dn?, / D?) (1.3.13)

Для гетерогенно-каталітичних процесів швидкість реакції зручно висловлювати в розрахунку на одиницю маси mк каталізатора:

U = ± (1 / mк) (Dn?, / D?) (1.3.14)

Швидкість ХТП в загальному випадку залежить від швидкостей фізичних і хімічних процесів, які в свою чергу визначаються гідродинамічними параметрами руху реагентів, умовами перемішування, дифузії, концентраціями, тиском, температурою і іншими чинниками, що впливають на масо-і теплоперенос.

У найзагальнішому вигляді формула для розрахунку швидкості процесу може бути представлена ??у вигляді:

U = dС / d? = К * ?С (1.3.15)

Тут К - коефіцієнт швидкості процесу; ?С - рушійна сила процесу.

Коефіцієнт швидкості процесу залежить від області протікання процесу і є функцією констант швидкостей прямої (k1), Зворотного (k2) І побічних (kn1, kn2) Реакцій, коефіцієнтів дифузії вихідних реагентів до поверхні розділу фаз (D1, D2...) І продуктів реакцій від поверхні розділу ((D '1, D '2...):

К = f (k1, k2 ,, kn1, kn2, ..... D1, D2... D '1, D '2...) (1.3.16)

Зазвичай знаючи область протікання процесу, технологи вибирають основні параметри, найбільш сильно впливають на швидкість процесу. В цьому випадку вираз для розрахунку коефіцієнта швидкості процесу спрощується. Так, для гомогенних процесів або гетерогенних, що протікають в кінетичної області, К залежить лише від констант швидкостей основний і побічних реакцій:

К = f (k1, k2 ,, kn1, kn2 ....) (1.3.17)

Для гетерогенних процесів, що протікають в дифузійної області, визначальний вплив на швидкість надають коефіцієнти дифузії газу або рідини всередині більш щільною фази (наприклад, в порах твердого речовини):

К = f (D1, D2... D '1, D '2...) (1.3.18)

Рушійна сила процесу в загальному випадку є складною функцією поточних (С1, З2..) І рівноважних (С *1, З *2...) Концентрацій реагуючих речовин, константи рівноваги Кр та інших параметрів. Вид меню залежить від Вашого реакції, області протікання процесу. У найпростішому випадку протікання незворотною реакції першого порядку А > В в кінетичної області

?С = СА (1.3.20)

Рівняння (3.15) в цьому випадку приймає вид:

U = = К * ?С = k1 СА (1.3.21)

Вибірковість.

Вибірковість (селективність) - найважливіша характеристика процесів, в яких поряд з основною реакцією освіти цільового продукту протікають побічні паралельні або послідовні реакції з утворенням небажаних або менш цінних продуктів. Розрізняють кінцеву сумарну (інтегральну) вибірковість і миттєву (диференціальну).

Сумарна вибірковість ?В,сум визначається як відношення кількості вихідної речовини, що перетворився в цільовий продукт, до загальної кількості прореагировавшего вихідної речовини. Наприклад, для паралельних реакцій АА > BВ і АА > dD, цільовим продуктом яких є речовина В, сумарна вибірковість ?В,сум виражається у вигляді:

?В,сум = (А / b) nВ / (NА, 0 - nА) = (А / b) nВ / (А / b) nВ + (А / d) nD) (1.3.22)

Зв'язок між ступенем перетворення ХА, Виходом продукту ФВ (А) і сумарною вибірковістю ?В,сум визначається з виразу (3.22) і співвідношень (3.23) і (3.24):

ХА= (NА, 0 - nА) / NА, 0 (1.3.23)

ФВ (А) = (А / b) nВ/ nА, 0 (1.3.24)

ХА ?В,сум = ФВ (А) (1.3.25)

Миттєва вибірковість вимірюється ставленням швидкості освіти цільового продукту до швидкості споживання вихідного реагенту на освіту всіх продуктів реакції. Іншими словами, миттєва вибірковість дорівнює відношенню швидкості основної реакції до загальної швидкості процесу, вираженою через кількості вихідного реагенту:

?В,мгн = UВ / UА (1.3.26)

?В,мГн має сенс миттєвого виходу цільового продукту. Сумарна вибірковість дорівнює сумі всіх миттєвих виходів. Іноді миттєва вибірковість оцінюють відношенням швидкостей освіти цільового та побічного продуктів:

? 'В,мгн = UВ / UD (1.3.27)

Витратні коефіцієнти.

Витратні коефіцієнти (РК) характеризують витрати сировини на виробництво.

Видатковий коефіцієнт - це відношення кількості сировини, витраченого при проведенні ХТП, до кількості отриманого цільового продукту. Розрізняють теоретичні і практичні витратні коефіцієнти. Теоретичний видатковий коефіцієнт розраховують за стехиометрическому рівняння основної реакції з урахуванням змісту вихідного реагенту в сировину. Наприклад, для реакції АА > BВ теоретичний видатковий коефіцієнт ?т для отримання продукту В визначається за співвідношенням:

?т = аМА / (BМВ ?А,с) (1.3.28)

тут МА і МВ - Молекулярні маси реагенту А і продукту В; ?А,с - Масова частка компонента А в сировині,%.

При розрахунку практичних видаткових коефіцієнтів враховують ступінь перетворення вихідного реагенту ХА, Вихід продукту ФВ (А),вибірковість ?В,сум:

?п = ?т / (ХА ?В,сум) = ?т/ ФВ (А) (1.3.29)

Практичний видатковий коефіцієнт завжди вище теоретичного. Завдання технологів - зменшити відношення ?п/ ?т без збільшення собівартості продукту. А це досягається шляхом підвищення ступеня перетворення, вибірковості і як наслідок - виходу продукту.

1.3.4 Матеріальний баланс.

Основою технологічних розрахунків є розрахунки матеріальних потоків при протіканні ХТП. Знання матеріальних потоків необхідно для проведення конструктивних розрахунків виробничого обладнання та комунікацій, оцінки економічної ефективності процесу. Найпоширенішим видом матеріальних розрахунків є складання матеріальних балансів. Матеріальні баланси складають на основі закону збереження маси речовини з урахуванням стехіометричних співвідношень. Матеріальний баланс означає, що загальна маса (?miвх) Всіх вхідних в апарат (або цех) матеріалів (прихід) дорівнює загальній масі (?mjвих) Виходять речовин (витрата):

р р

(?miвх) = (?mjвих) (1.3.30)

i = 1 j = 1

Число реагентів може змінюватися від 1 до р. Розрахунок зазвичай виконують в одиницях маси (кг, т), рідше - в одиницях кількості речовини (кмоль, моль).

На виробництві зазвичай складають матеріальні баланси для реактора, цеху, заводу.

Розрізняють баланси на одиницю часу і на одиницю продукції.

Матеріальний баланс на одиницю часу складають найчастіше для безперервних процесів з метою розрахунку розмірів апаратів. Діаметра трубопроводів, а також для визначення вхідних і вихідних значень концентрацій реагуючих речовин. Матеріальний баланс на одиницю продукції складають як для безперервних, так і для періодичних процесів з метою визначення теоретичних і практичних видаткових коефіцієнтів.

Зв'язок між балансами на одиницю часу і одиницю продукції визначається продуктивністю.

Матеріальні баланси відділення, цеху, виробництва, заводу розраховують для визначення габаритів складських приміщень, для сировини і готової продукції, розрахунку трубопроводів і проміжних ємностей. Одночасно баланси можуть бути використані для порівняння ефективності роботи апаратів, відділень, цехів однакової потужності на різних заводах.

Матеріальний баланс найчастіше представляють у вигляді таблиць, які включають прибуткову і витратну частини.

1.3.5 Тепловий баланс.

За даними матеріального балансу з урахуванням теплових ефектів реакцій і фізичних перетворень, підведення теплоти ззовні або відведення її складають тепловий баланс, що дозволяє визначити потребу в паливі, температуру в зоні реакції, площа теплообмінних поверхонь та інші параметри.

Основою теплового балансу є закон збереження енергії, відповідно до якого в замкнутій системі сума всіх видів енергії постійна. Для розрахунку витрат енергії на виробництво може бути складений енергетичний баланс, що враховує витрату електроенергії, пари і води на отримання продукту. У загальному випадку рівняння теплового балансу можна представити у вигляді:

Qвх + Q 'ф + Q 'р + Qнагр = Qвих + Q "ф + Q "р + Qох (1.3.31)

тут Qвх і Qвих -відповідно кількість теплоти, що вноситься в апарат і виноситься з нього рідкими або газоподібними речовинами; Q 'ф і Q "ф - Теплота фізичних процесів, що відбуваються з виділенням ( ') і поглинанням ( ") теплоти; Q'р і Q "р - Теплота екзотермічних ( ') і ендотермічних ( ") хімічних реакцій; Qнагр і Qох -відповідно кількість теплоти, що підводиться в апарат ззовні для нагріву реакційної суміші відводиться через холодильники для підтримки заданого температурного режиму.

На виробництві теплової баланс найчастіше складають для апарату з метою визначення технологічних параметрів процесу і умов для забезпечення заданого температурного режиму.

величини Qвх і Qвих розраховуються за рівняннями:

рвх

Qвх = ?miсitвх, i (1.3.32)

i = 1

рвих

Qвих = ?mj, зj, tвих, j (1.3.33)

j = 1

тут mi, mj -маса (обсяг, кількість) вихідних реагентів і продуктів реакції, які пройшли через апарат в одиницю часу УКГ / с (м3/ С, кмоль / с); зi, зj - Середня питома теплоємність компонентів, кДж / (кг * К); tвх,I, tвих, j - Температура вхідного і вихідного потоків, К; рвх, рвих - Число компонентів, що беруть участь в процесі.

Теплоти фазових переходів реагентів в ході процесу Q 'ф і Q "ф, Які в залежності від знака теплового ефекту фазового переходу враховуються в прибутковій (кристалізація, сублімація, конденсація) або видаткової (випаровування, плавлення) частинах балансу, розраховують за рівнянням:

n

Qф == ?mфiqфi (1.3.34)

i = 1

тут mфi - Маса (об'єм, кількість) i-реагенту, який бере участь в фазовий перехід, кг / с (м3/ С, кмоль / с); qфi - Тепловий ефект фазового переходу i-компонента, кДж / кг.

Теплоту реакції визначають за рівнянням:

n

Qр = ?mрiqрi (1.3.35)

i = 1

тут mрi - Маса (об'єм, кількість) i-реагенту, що вступив у реакцію або утворився в ході реакції, кг / с (м3/ С, кмоль / с); qрi - Тепловий ефект реакції, кДж / кг.

розрахунок Qнагр і Qох ведуть за основним рівнянням теплопередачі, згідно з яким кількість переданої теплоти Q одно:

Q = КТF?Т (1.3.36)

тут ДоТ - Коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м2* К); F - площа поверхні теплообміну, м2; Т - різниця температур теплоносія і реакційної зони (рушійна сила процесу теплопередачі.).

З рівняння теплового балансу можна розрахувати будь-який з параметрів при відомих інших. Технолога найчастіше цікавить Твх, Тк, F.

Тепловий баланс представляють у вигляді таблиць, що мають прибуткові та видаткові статті теплових потоків.

1.3.6 Термодинамічні характеристики хімічних процесів.

Роль термодинамічної аналізу в хімічній технології визначається рішенням наступних завдань:

1.Установленіе принципову можливість самовільного протікання передбачуваного хімічного процесу.

2. Ухвалою енергетичних ефектів ХТП, необхідних для складання енергетичних балансів і розрахунку витрат енергії на проведення ХТП.

3. Розрахунком максимально можливих ступенів перетворення і виходів продуктів при проведенні оборотних процесів.

4. Ухвалою діапазону температур і тисків, при яких раціонально здійснення ХТП.

З курсу фізичної хімії відомо, що умовою принципової здійсненності протікання хімічної реакції в прямому напрямку без затрат праці є зменшення вільної ентальпії системи.

Кількісно можливість протікання реакції при тій чи іншій температурі оцінюється на основі теплових ефектів реакції? Н і зміни енергії Гіббса ?G. Як правило, чим більше екзотермічну реакція при даній температурі, тим імовірніше її протікання. На практиці використовують стандартні значення ?G0 для умов Р = 101кПа, Т = 298К. Ці значення наведені в довідковій літературі. Досвід показує, що якщо ?G0 <- 40кДж / моль, то передбачувана реакція можлива, а якщо ?G0298 > - 40 кДж / моль - реакція неможлива в будь-яких умовах.

Енергетичні ефекти при протіканні ХТП оцінюють на основі теплот освіти і згоряння речовин. Для багатьох речовин теплоти освіти і згоряння відомі і зведені в таблиці. Їх називають стандартними тепловими ефектами і позначають? Н0298. За допомогою цих таблиць шляхом комбінації відомих значень? Н0298 можна отримати? Н практично для будь-яких реакцій, не вдаючись до експерименту.

Щодо оцінки максимально можливих ступенів перетворення Хмакс слід зазначити, що для необоротних процесів Хмакс = 1.

Глибину протікання оборотних ХТП і діапазон робочих температур і тисків можна передбачити на основі даних про рівновагу хімічної реакції. Всі оборотні ХТП прагнуть до рівноваги, при якому швидкості прямого і зворотного процесів зрівнюються і співвідношення концентрацій, що визначають рівноважну ступінь перетворення Х * = Хмакс, Залишається незмінним, поки не зміняться зовнішні умови.

Константи рівноваги і розрахунок рівноважних ступенів перетворення.

Для кількісної оцінки стану рівноваги використовують значення констант рівноваги, рівноважних концентрацій реагентів З*, Рівноважних ступенів перетворення Х* і виходів продукту Ф*. У загальному випадку для реакції

АА + BВ + .... > dD + їЇ ....

Константи рівноваги можна виразити через рівноважні концентрації реагентів (Сi*)

Кс = (СD*)d (ЗЕ*)е..... / [(СА*)а (ЗВ*)b] .... (1.3.37)

Для газів константа рівноваги часто виражається через рівноважні парціальні тиску реагентів (Рi*)

Кр = (РD*)d (РЕ*)е..... / [(РА*)а (РВ*)b] .... (1.3.38)

При технологічних розрахунках константи рівноваги іноді висловлюють через молярний частки реагентів в стані рівноваги (Ni*)

КN = (ND*)d (NЕ*)е..... / [(NА*)а (NВ*)b] .... (1.3.39)

Слід пам'ятати, що для реакцій, що протікають зі зміною числа молей, чисельні значення констант рівноваги залежать від форми запису стехиометрического рівняння реакції. Наприклад, реакцію окислення оксиду сірки (4) можна записати у вигляді:

2 + 0.5О2 - SО3 або 2 SО2 + Про2 - 2SО3

В першому випадку

КЗ 1= С* SО3/ [(С*SО2 (З*О2)0..5] (1.3.40)

У другому

КС2= (С* SО3)2/ [((С*SО2)2 С*О2] (1.3.41)

КЗ 1 і КС2 мають різні розмірності і КЗ 1 = v ДоС2. Аналогічно для зазначених реакцій ДоР1? ДоР2 і КN1? ДоN2. У загальному випадку Кс ? Кр ? ДоN. Зв'язок між ними встановлюється на основі рівняння Менделєєва-Клайперона закону Дальтона. Рівняння Менделєєва-Клайперона дозволяє висловити зв'язок між парціальним тиском i- компонента газової суміші (Рi) І його молярної концентрацією (Сi):

Рiv = niRТ (1.3.42)

Сi = ni/ V = ??Рi/ (RT) (1.3.43)

тут ni і v - число молей речовини і об'єм реакційної суміші.

Зв'язок між парціальним тиском i- компонента (Рi), Загальним тиском суміші (Рзаг) І мольна частками ((Ni) Встановлюється співвідношеннями:

р

Рзаг = ? Рi (1.3.44)

i = 1

Рi = Ni Рзаг (1.3.45)

Таким чином, Кс, Кр і КN пов'язані між собою співвідношеннями:

Кр = Кс (RT) ??i (1.3.46)

Кр = КNРзаг??i (1.3.47)

Кс = КNРзаг??i ((RT) -??i (1.3.48)

тут ??i - Алгебраїчна сума стехіометричних коефіцієнтів при реагентах і при продуктах реакції. При цьому коефіцієнти при продуктах реакції - позитивні, а при вихідних реагентах приймаються зі знаком мінус.

Значення констант рівноваги для різних реакцій наведені в довідкових посібниках.

Чисельні значення Кс і Кр не залежать ні від концентрації реагентів і їх співвідношень, наявності або відсутності домішок або розріджувачів, ні від тиску (якщо гази ідеальні, а тиск не дуже велике). Константи хімічної рівноваги залежать лише від природи реагентів і температури. Зв'язок між константою рівноваги і температурою описується рівнянням Вант-Гоффа:

dlnКр / dТ =? Н / RТ2 (1.3.49)

Константи рівноваги в тій чи іншій формі входять до складу багатьох кінетичних рівнянь. Значення констант рівноваги використовують головним чином для розрахунку складів рівноважних сумішей і визначення максимально можливих ступенів перетворення Хмакс = Х* або виходів продукту Ф*.

Якщо чисельні значення констант рівноваги залежать тільки від природи реагентів і температури, то на рівноважні склади, ступеня перетворення і виходи продуктів впливає не тільки температура, але і тиск, концентрація вихідних речовин, наявність домішок, розріджувачів. Якісно вплив цих параметрів визначає відомий принцип Ле -Шателье, згідно з яким в системі, виведеної зовнішнім зі стану рівноваги, відбуваються зміни, спрямовані до ослаблення впливів, які виводять систему з рівноваги.

Так, для екзотермічних процесів підвищення температури має привести до змін в системі, які забезпечили б зменшення тепловиділення. Цьому відповідає зменшення рівноважної ступеня перетворення вихідних речовин, тобто зсув рівноваги вліво, в сторону утворення вихідних речовин. Ендотермічним процесам відповідає зворотна картина. Для газофазних процесів, що протікають з підвищенням обсягу, збільшення тиску буде приводити до зменшення рівноважної ступеня перетворення або зрушенню рівноваги вліво. Якщо в процесі перетворення число молей реагує суміші зменшується, то збільшення тиску повинно викликати така зміна в рівноважної суміші, яке б компенсувало зовнішній вплив, тобто повинна збільшитися ступінь перетворення, що призведе до зменшення числа молей суміші і падіння тиску.

У розглянутих випадках ступінь зміщення рівноваги залежить від абсолютного значення теплового ефекту реакції і від відносної зміни обсягу реакційної суміші. Чим більше? Н, то більша вплив температури. Чим більше зміна обсягу реакційної суміші, тим сильніше позначається тиск на зрушення рівноваги.

Відповідно до принципу Ле-Шательє введення в рівноважну систему додаткової кількості будь-якого компонента зрушує рівновагу в напрямку зменшення його концентрації. Тому надлишок одного або декількох вихідних речовин сприяє збільшенню ступеня перетворення інших речовин, зміщуючи рівновагу вправо. Додаткове введення продуктів реакції викликає зміщення рівноваги вліво. Видалення продуктів реакції з суміші дозволяє більш глибоко проводити хімічне перетворення. Ці обставини широко використовують в промисловості. Так, при окисленні оксиду сірки (4) у виробництві сірчаної кислоти реакцію проводять з надлишком кисню, домагаючись більш повного окислення SО2, А між двома послідовними стадіями окислення виводять шляхом десорбції з реакційної суміші оксид сірки (6), що дозволяє ще більше підвищити ступінь перетворення оксиду сірки (4).

Введення в рівноважну суміш інертного газу при постійному тиску призводить до зменшення парціального тиску реагентів і, таким чином, ефект розбавлення подібний до ефекту зменшення загального тиску в системі.

Для кількісної оцінки впливу температури, тиску, концентрацій, коефіцієнта надлишку одного з реагентів і концентрації розчинника використовують співвідношення між константами рівноваги, рівноважним складом і рівноважної ступенем перетворення. Ці співвідношення для кожного конкретного випадку отримують шляхом вирішення системи рівнянь, що задаються константами рівноваги, і рівнянь стехиометрического балансу. Вид формул, що зв'язують константи рівноваги, рівноважний склад і рівноважну ступінь перетворення, залежить від типу реакції. Як правило, молярний частки компонентів рівноважної суміші пов'язують з числом молей вихідної речовини ,, прореагировавшего до моменту рівноваги, або зі ступенем перетворення вихідної речовини Хр. Число молей кожного з реагуючих речовин у вихідній суміші може бути довільним. Зазвичай при розрахунках виходять з 1 моль основного реагенту і визначають число молей інших речовин.

Тема 1.4. Основні закономірності хіміко-технологічних процесів (ХТП)

По агрегатному стані взаємодіючих речовин ХТП діляться на гомогенні і гетерогенні. Гомогенні - процеси, що протікають в однорідному середовищі; гетерогенні - процеси, в яких реагенти знаходяться в різних фазах. Більшість промислових хімічних процесів ставляться до гетерогенним, але гетерогенні процеси часто включають в якості однієї зі стадій гомогенний процес в газовій або рідкій фазі.

 



Попередня   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   Наступна

Розділ 1 Основи хімічної технології | Людство і довкілля | Хімічна промисловість | Хімічна технологія | Перспективи розвитку хімічної технології | хімічна сировина | Повітря і вода в хімічній промисловості | Поняття про хіміко-технологічному процесі | Гомогенні процеси в рідкій фазі | Закономірності проведення гетерогенних процесів |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати