Общая химическая технология.

Состоит из двух основных разделов:

1)теоретические закономерности протекания химико-технологических процессов

2)теория функционирования химического реактора

При рассмотрении второго раздела решаются две основные задачи:

1. Проектирование химического реактора

2. Моделирование работы химического реактора

Задача проектирования состоит в следующем: при известных значениях входных параметров реактора необходимо определить, какой объем реактора обеспечит достижения заданных показателей интенсивности работы реактора.

Задача моделирования состоит в следующем: при известном объеме реактора установить зависимости между изменением входных параметров и показателей интенсивности.

В классической технологической литературе реактор определяют как аппарат, в котором химические превращения сочетаются с тепло- и массопереносом.

Различают реакторы непрерывного и периодического действия. Реактор непрерывного действия (проточный реактор) характеризуется тем, что исходные вещества подаются непосредственно в процессе работы реактора. И так же непосредственно в процессе работы выводятся продукты. В реакторе периодического действия исходные вещества загружаются до начала работы реактора, а продукты выводятся по окончанию работы.

К параметрам управления химическим реактором относят:

1)температура

2)давление

3)использование катализаторов

Катализатор – вещество, ускоряющее химическую реакцию посредством вступления в промежуточное соединение с реагентами и восстанавливающее свой состав по окончанию элементарного каталитического акта.

4)скорость подачи реагентов

5)излучение

6)размер единичных элементов

7)концентрация участников процесса (количество вещества, отнесенное к суммарному количеству вещества в смеси)

 

N – Количество вещества [КМоль/с]

G – Масса вещества [кг/с]

V – Объем вещества [м³/с]

 

Доля вещества:

1)мольная доля - отношение мольного потока компонентов к суммарной мольному потоку.

2)объемная доля - отношение объемного потока компонента к суммарному объемному потоку.

3)массовая доля - отношение массового потока компонентов к суммарному массовому потоку.

 

В общем случае для любой конкретной смеси веществ, массовая доля не равна объемной доле и они не равны мольной доле. Для идеальных газов и близких к идеальным, можно считать, что мольная доля равна объемной доле компонента.

Показатели интенсивности работы реактора:

1) Производительность - изменение количества вещества в единицу времени.

Производительность может быть определена по любому участнику реакции. В химической технологии принято производительность по продуктам считать величиной положительной, а производительность по исходным веществам считать величиной отрицательной. Для модельной реакции мольную долю производительность по веществу А, можно рассчитать как разность между мольным конечным потоком вещества А и мольным начальным потоком вещества А.

N – Поток вещества

R – Производительность (N-начальная, K-Конечная, E - равновесная)

аА + bB cC + dD

A - Компонент

(объемная производительность)

NRA известна (производительность по веществу А)

2) Интенсивность работы реактора

Интенсивность – это отношение производительности реактора по веществу к объему реактора.

3) Степень превращения исходных реагентов

Степень превращения – это отношение количества вещества вступившего в реакцию к начальному количеству вещества.

По веществу А:

По веществу В:

При проведении промышленного процесса редко встретится система, когда исходные реагенты подаются в реактор в стехиометрических отношениях. Поэтому для характеристики глубины протекания процесса используют величину - степень превращения ключевого компонента (то исходное вещество, которое находится в недостатке к стехиометрии в реакции)

1)XA=XB, если реагенты взяты в стехиометрическом соотношении.

2)степень превращения меняется от 0 до 1.

4) Выход продукта – отношение производительности по веществу к максимально возможной производительности по данному веществу.

 

5) Расходный коэффициент – количество исходного вещества, необходимое для производства единицы количества продуктов.

Различают теоретический и практический расходные коэффициенты.

ТРК – определяется на основе стехиометрии уравнения реакции.

4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O

Практический расходный коэффициент (ПРК) – учитывает чистоту исходного вещества и глубину его превращения.

Х=0.5

6) Селективность процесса – показатель применяется в том случае, если в реакторе протекает одновременно две и более реакции.

Интегральная селективность по веществу – отношение производительности по ключевому компоненту в целевой реакции к сумме производительности по ключевому компоненту во всех реакциях.

4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O (1)

4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O (2)