Лекция. 3 Основные показатели химико-технологических процессов

============================================================

Состав, концентрация вещества

· Мольная масса – масса 1 моль вещества, кг (M)

· Мольный объем – объем 1 моль вещества, м куб. (V)

Способы выражения концентраций компонентов в смеси:

· Мольная доля : число молей вещества А / общее число молей;

· Массовая доля: масса вещества А / общая масса смеси;

· Объемная доля: объем вещества А / общий объем смеси.

Массовые, объемные, мольные соотношения компонентов смеси- (например, 1:2:3)

· Массовая концентрация: кг/м³ ;

· Объемная концентрация: м³ / м³ ;

· Мольная концентрация: кмоль / м³ ;

Характеристики газовых смесей:

· Нормальные условия (н.у.): Т=273 К; P=0,1 МПа (0,103 Мпа );

· Объем, занимаемый 1 кмоль газа при н.у. =22,4 м куб.

· Зависимости, между давлением (Р), объемом (V) и температурой (Т):

(уравнение Менделеева) для n моль газа: Р×V = n×R×T

· Универсальная газовая постоянная: R = 8,314 кДж/моль×К;

(если Р=кгс / м кв. – R =848 кгс / кмоль×град.)

Для двух различных состояний газа: Р×V = Р²×V², или Р×V/Т = Р²×V²/ Т²

· Давление газовой смеси: Р = р₁ + р²+...+ р_i ;

· Объем газовой смеси: Y = y₁ +y²+...+ y_i ;

· Средняя мольная масса смеси: x.М. + х²М² + ... + х_i М_i;

· Cредняя плотность газа: r = М_ср./22,4, кг/м.куб;

· Относительная плотность газа по воздуху при н.у.: b = r. / 1,293;

· Критическая температура (Ткр.) – температура, при которой плотность жидкости и насыщенных ее паров одинаковы.

· Критическое давление (Ркр.) – давление насыщенного пара при Ткр.

(при Т>Ткр. Состояние вещества газообразное)

· Критический объем (Vкр.) – объем, занимаемый веществом в критическом состоянии (наибольший объем в жидком состоянии).

· Вязкость газов и жидкостей, Па×с (1 Па×с = 10 пуаз).

· Вязкость смеси газов: m = 1 / > х, / м, ;

· Зависимость вязкости газов от температуры ( формула Сатерленда):

, Па×с .

Показатели стадий химического превращения:

Конверсия (К) – степень превращения, т.е. отношение количества вещества, вступившего в реакцию (прореагировавшего вещества) к количеству этого вещества, подаваемого в реакционный аппарат.

Выход целевого продукта, (%):

· на пропущенное сырье – количество полученного целевого продукта отнесенного к количеству сырья, загруженного в реактор;

· на разложенное сырье – то же, отнесенное к количеству сырья, вступившего в реакцию.

Селективность– количество полученного целевого продукта, отнесенное к максимально возможному теоретическому, % (для процессов протекающих в несколько стадий учитывают селективность на каждой стадии).

Расходные коэффициенты – количество сырья или его компонентов, а также вспомогательных материалов, пара, электроэнергии, холода и т.д. израсходованного на производство 1 т продукции.

Производительность– количество целевого продукта, получаемого в единицу времени (кг/с, т/год и т.д.).

Мощность производства – максимально возможная производительность при оптимальных условиях процесса.

Интенсивность процесса– производительность, отнесенная к единице полезного объема аппарата.

Объем реакционной зоны: Vр = Vс × t,

где Vс – объемный расход, м куб/с, t - время контакта, с;

Объемная скорость – объем газовой смеси или жидкости, проходящей через единицу объема катализатора за единицу времени:

V об. = Vсырья / V кат.

Производительность катализатора – масса целевого продукта, снимаемого с единицы объема или массы катализатора:

П = G прод. /Vкат, кг/м куб.; П = G прод. /Мкат, кг/кг.

Время пребывания реагирующих веществ в реакционной зонедляреакций1 порядка: t = (2,303/К)×(а/а-х);

2 порядка: t = (2,303/К² )×[в×(а-х)] / [а×(в-х)] ;

3 порядка: t = (1/К)×[(1/а-х)-1/а];

где: К – константы скорости, соответственно: 1-1/c; 2 - л/моль×с; 3 – л /моль ×с;

а и в – начальные мольные концентрации веществ, моль/л;

х- концентрации вещество вступивших в реакцию к моменту времени t, моль/л.

Скорость гомогенного процесса: V=K×C;

гетерогенного процесса: V=K×F×C,

где: К – константа скорости, С – движущая сила, F – поверхность соприкосновения фаз.

Движущая сила: необратимой реакции (типа аА +вВ=дД):

С=(Са - С²а)×(Св - С²в),

где: Са и Св – текущие концентрации; С² и С²в – равновесные концентрации, рассчитанные на основании степени превращения.

Зависимость константы скорости реакции от температуры:

-Е/RТ

К=К₀ ×е - уравнение Аррениуса.

Если известна К_Т1, то: К_Т2 = К_Т1×е ^{Е / [ R (1 / T – 1 / T ²) ]}

Материальный баланс:SМ приход. =SМ расход.+ М потерь;

Тепловой баланс:SQ приход. =SQрасход.+ Q потерь;

Для процессов без фазовых превращений при массовом расходе вещества:

Q = М×С×t (C=кДж/кгײС); при мольном расходе: Q = n×c×T C=кДж/кмоль×К);

Для химической реакции: Q = - DH;

Тепловой эффект при стандартных условиях (Закон Гесса):

Н²₂₉₈ = S Н²₂₉₈ прод. - S Н²₂₉₈ исх.

Изменение теплового эффекта реакции в зависимости от температуры:

Н²_Т2 = Н²_Т1 + Ср×Т (закон Кирхгофа);

Зависимость Ср от Т: Ср = Dа + DвТ + DсТ² + Dс²/Т² ;

Тема 2. ПРОИЗВОДСТВО ПАРАФИНОВ

=============================================================