Программы расчета

1.Кинетика.

Химическая кинетика - учение о химическом процессе, его меха­низме и закономерностях развития во времени.

Как известно, системы, в которых происходит химическое превраще­ние, могут быть открытыми или замкнутыми. Замкнутой называют сис­тему, в которой отсутствует материальный обмен с окружающей средой. Важнейшей особенностью замкнутых систем является то обстоятельство, что изменение количества какого-либо химического соединения в таких системах происходит только в результате химического превращения.

Системы, в которых имеет место материальный обмен с окружающей средой, называются открытыми системами. В таких системах изменение количества вещества может происходить не только в результате химиче­ской реакции, но и в результате массообмена.

Реакции делятся на обратимые и необратимые. Необратимые реакции протекают только в одном направлении: от исходных веществ к продук­там, слева направо.

Обратимые реакции протекают одновременно как от исходных ве­ществ к продуктам, так и наоборот.

Скоростью химической реакции но некоторому компоненту на­зывают изменение в результате химической реакции количества (объ­ема, массы) этого компонента в единицу времени в единице объема.

Скорость пропорциональна концентрациям реагирующих веществ, поскольку при этом повышается вероятность столкновения молекул реа­гирующих веществ в единице объема. В процессах, протекающих в га­зовой фазе, число столкновений молекул и, соответственно, актов хими­ческой реакции, возрастает также при увеличении давления, так как при увеличении давления в единице объема увеличивается число молекул, то есть растет, по сути дела, их концентрация.

Если в ходе реакции взаимодействуют два вещества, ключевым на­зывают то одно из исходных веществ, которое находится в недос­татке от стехиометрии.

Концентрации реагирующих веществ и скорость химической реак­ции выражают через степень превращения ключевого вещества.

Скорость газофазных реакций является функцией от летучестей реаги­рующих веществ. Однако в инженерных расчетах часто оказывается достаточным более грубое приближение идеальных газов, где вместо ле­тучестей фигурируют парциальные давления.

Парциальное давление вещества в идеальной газовой смеси представляет собой произведение общего давления смеси на мольную долю компонента.

В кинетике обратимых газофазных реакций условно можно выделить случай простой кинетики и случай сложной кинетики для реакций, проте­кающих по многоэтапному механизму.

Прямая и обратная реакция также представляют собой, по сути дела, элементарные стадии обратимого химического процесса. Вклад каждой стадии в общую скорость процесса заранее непредсказуем, так как зависит от многих факторов. Чаще всего это температура, давление смеси, концен­трации исходных веществ и степень превращения.

Значительно проще дело обстоит для случая простой кинетики, хо­тя в производстве простая кинетика встречается довольно редко.

Для простой кинетики общая скорость реакции представляет собой разность скоростей прямой и обратной стадий.

Скорость прямой стадии зависит от произведения константы скоро­сти и парциальных давлений исходных веществ, взятых в степенях, равных соответствующим стехиометрическим коэффициентам исходных веществ.

Скорость обратной реакции - от произведения константы скорости и парциальных давлений конечных веществ, взятых в степенях, равных со­ответствующим стехиометрическим коэффициентам конечных веществ.

Степень, в которую возводят парциальные давления (или концен­трации), называют порядкам реакции по данному веществу.

Сумма показателей степеней, в которые возведены парциальные давления, называется порядком реакции.

T	U	P	X
	1,68E+000		0,5
	2,18E+000		0,5
	2,78E+000		0,5
	3,50E+000		0,5
	4,34E+000		0,5
	5,32E+000		0,5
	6,44E+000		0,5
	7,71E+000		0,5
	9,15E+000		0,5
	1,08E+001		0,5

T	U	P	X
	9,09E-001		0,7
	1,18E+000		0,7
	1,51E+000		0,7
	1,90E+000		0,7
	2,35E+000		0,7
	2,88E+000		0,7
	3,49E+000		0,7
	4,18E+000		0,7
	4,96E+000		0,7
	5,83E+000		0,7

T	U	P	X
	2,72E-001		0,9
	3,53E-001		0,9
	4,51E-001		0,9
	5,67E-001		0,9
	7,04E-001		0,9
	8,62E-001		0,9
	1,04E+000		0,9
	1,25E+000		0,9
	1,48E+000		0,9
	1,74E+000		0,9

2. Расчет реактора полного смешения.

Обратная задача.

Расчет фактической степени превращения, которая достигается в реакторе заданного объема, при давлении 5 атмосфер и различных температурах входа.

Объем реактора можно рассчитать, зная время пребывания газовой смеси по уравнению:

где τ_n – время пребывания реакционной смеси внутри реактора, ед. врем;

V_p – объем реактора, м³;

V – объемный расход смеси через реактор при нормальных условиях, м³/с.

Время превращения в проточном реакторе полного смешения (РПС) рассчитывается по формуле:

где τ_n – время пребывания реакционной смеси внутри реактора, ед. врем;

Z_A1 – концентрация ключевого вещества на входе в реактор, мольная доля;

x – конечная степень превращения вещества А на выходе реактора, доли единицы;

U_A – скорость химической реакции по веществу А, как функции от конечной степени превращения, м³ вещ.А/м³∙с;

Знание объема реактора по заданному объемному расходу смеси и времени пребывания газовой смеси внутри реактора позво­ляет рассчитать фактическую степень превращения.

Уравнение обычно называют уравнением материаль­ного баланса. Иногда в литературе это уравнение называют характеристическим.

Температура выхода из реактора вычисляется по формуле:

Т = Т_вх± ·Х – уравнение адиабаты

(знак зависит от вида реакции, в случае эндотермической реакции”-“, экзотермической ”+”)

Коэффициент адиабатического разогрева

С_Р - мольная теплоемкость

Н – теплота образования 1 моля продукта

C_p=Z_A1·C_p+Z_B1 ·C_p+ Z_C1·C_p+ Z_D1·C_p+ Z_I1·C_p=41,1447 Дж/(моль·К)

Н₂₉₈=

H₂₉₈= 164960 Дж

С_р298-Т=

С_р298-Т=32,31 Дж/(моль·К)

Нт=Н₂₉₈+С_р298-Т(Т - 298)

Н_Т=194103,62 Дж

= 0,2·194103,62÷41,1447=943, 52

T0	T	X	U
	1305,1	0,05	1,08E+000
	1346,22	0,06	1,44E+000
	1382,07	0,07	1,85E+000
	1413,93	0,09	2,28E+000
	1445,6	0,11	2,77E+000
	1475,82	0,13	3,28E+000
	1505,1	0,15	3,81E+000
	1534,73	0,18	4,38E+000
	1561,69	0,2	4,90E+000
	1592,43	0,22	5,55E+000

3.Материальный баланс химического реактора.

Необходим при проектировании и его проверке. Рассчитывается на ед. времени или на ед. продукции.

Играет важную роль в экономических подсчетах.

Рассмотрим материальный баланс проточного газофазного реак­тора.

Количество вещества определяется совокупностью структурных элементов (атомов молекул, ионов и т.п.). Количество вещества изме­ряют в молях.