Безразмерные характеристики материального баланса

Введем понятие основного реагента. Это реагент, который взят в недостатке, т.е. тот, у которого отношение начального количества вещества к положительному значению его стехиометрического коэффициента будет наименьшим

Степень превращения основного реагента А – это доля израсходованного реагента А, пошедшего на образование всех веществ:

Если V=const, то

Степень превращения может меняться от 0 до 1 или от 0 до 100 %. Очевидно, что N_A=N_A,0–N_A,0×X_A=N_A,0×(1–X_A) и, если V=const, то С_A=С_A,0×(1–X_A).

Для простой реакции N_A,0–N_A=n_А×h и N_A,0–N_A=N_A,0×X_A, т.е. n_А×h= N_A,0×X_A и Здесь n_А положительно, а n_j имеет знак минус (–) для веществ расходующихся и плюс (+) для образующихся.

Для характеристики материального баланса многостадийных (сложных) реакций вводят безразмерную величину, называемую селективностью. Различают дифференциальную и интегральную селективности.

Интегральная селективность – это отношение количества реально полученного продукта j к его теоретическому количеству, которое могло бы образоваться из основного реагента А при отсутствии побочных реакций и потерь. Интегральную селективность для j по А записывают так:

Например

Тогда

Если вещество j образуется из А по одной реакции, то или

Такова связь между мольной и массовой интегральными селективностями. Аналогичные зависимости справедливы для мольных (F) и массовых (G) потоков. Если под j понимать В (целевой продукт), то уравнение используют для нахождения количества А на входе в реактор, например F_А,0, при заданной производительности G_В

.

По определению интегральная мольная селективность вещества j по А имеет вид:

, откуда следует:

или

Если F_j задано и требуется определить F_A,0, то можно записать

Соответственно, для массовых потоков имеем:

откуда

Селективность можно определить как отношение скорости целевой реакции (скорости образования целевого продукта) к общей скорости процесса (скорости расходования реагента). Рассчитанную таким образом селективность дифференциальной.

где r_цел.р. – скорость расходования реагента по целевой реакции; r_общ. – суммарная скорость расходования реагента.

Пример. Учебник стр.28-30