Περιεχόμενα : Χημική ταυτότητα στοιχείου Χημικές αντιδράσεις Ταχύτητα αντίδρασης Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα αντίδρασης Γενική εξίσωση ισοζυγίου μάζας Εξισώσεις ως προς την ταχύτητα για διάφορους τύπους αντιδραστήρων 1. ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ Reactor System Used at BP, formally Amoco

ΧΗΜΙΚΗ ΤΑΥΤΟΤΗΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ Ένα χημικό είδος (στοιχείο ή ένωση) θεωρείται ότι έχει αντιδράσει εάν έχει χάσει τη χημική του ταυτότητα, δηλαδή το είδος, τον αριθμό και τη διάταξη των ατόμων του. Υπάρχουν τρεις τρόποι με τους οποίους το χημικό είδος χάνει την ταυτότητά του: 1.ΔιάσπασηCH 3 CH 3  H 2 + H 2 C=CH 2 2.Σύνθεση /ΣχηματισμόςΝ 2 + Ο 2  2ΝΟ 3.ΙσομερισμόςC 2 H 5 CH=CH 2  CH 2 =C(CH 3 ) 2

Ομογενείς χημικές αντιδράσεις Τα αντιδρώντα και τα προϊόντα βρίσκονται στην ίδια φάση (αέρια ή υγρή) π.χ.CH 4 (g) + 2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) NaOH (l) + HCl (l) = NaCl (l) + H 2 O (l) Ετερογενείς χημικές αντιδράσεις Τα αντιδρώντα ή τα προϊόντα βρίσκονται σε δύο ή περισσότερες φάσεις π.χ.Fe 2 O 3 (s) + 3CO (g) = 2 Fe (l) + 3 CO 2 (g) 4 Al (s) + 3 O 2 (g) = 2 Al 2 O 3 (s) Καύση στερεών: C (s) + O 2 (g) = CO 2 (g) Καύση υγρών: CH 3 OH (l) + 3/2 O2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) Φρύξη θειούχων :ZnS (s) + O 2 (g) = ZnO (s) + SO 2 (g) Αναγωγή: Fe 2 O 3 (s) + 3 H 2 (g) = 2 Fe (s) + 3 H 2 O (g) Χρήση καταλύτη :SO 2 (g) + ½ O 2 (g) = SO 2 (g) Vanadium catalyst ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ (Ι) Ταχύτητα αντίδρασης είναι ο ρυθμός με τον οποίο ένα χημικό είδος χάνει τη χημική του ταυτότητα ανά μονάδα όγκου και μπορεί να εκφραστεί ως ταχύτητα εξαφάνισης / κατανάλωσης ενός αντιδρώντος ή ταχύτητα σχηματισμού ενός προϊόντος. Παράδειγμα:Α  Β r Α : ταχύτητα σχηματισμού του Α ανά μονάδα όγκου - r Α : ταχύτητα εξαφάνισης του Α ανά μονάδα όγκου r Β : ταχύτητα σχηματισμού του Β ανά μονάδα όγκου Εάν το συστατικό Β σχηματίζεται με ταχύτητα 0,2 moles ανά L ανά sec, δηλαδή r B =0,2 mole/L*sec Τότε το συστατικό Α καταναλώνεται με την ίδια ταχύτητα: -r Α = 0,2 mole/L*sec Και η ταχύτητα σχηματισμού του Α είναι: r Α = -0,2 mole/L*sec moles του Α που παράγονται η καταναλώνονται (μονάδα όγκου)*(μονάδα χρόνου)

ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ (ΙΙ) Έστω ότι αναφερόμαστε στο συστατικό i Εάν η ταχύτητα μεταβολής των moles του i είναι dNi / dt Τότε η ταχύτητα μιας αντίδρασης μπορεί να οριστεί με τους ακόλουθους τρόπους: Α) με βάση τη μονάδα όγκου του αντιδρώντος ρευστού (όγκος του ρευστού)*(χρόνος) Β) με βάση τη μονάδα μάζας του στερεού σε αντιδράσεις στερεού – ρευστού (μάζα στερεού)*(χρόνος) Γ) με βάση την επιφάνεια επαφής (διεπιφάνεια) σε σύστημα δύο ρευστών ή τη μονάδα επιφάνειας του στερεού σε σύστημα αερίου – στερεού (επιφάνεια)*(χρόνος) Δ) με βάση τη μονάδα όγκου του στερεού σε σύστημα αερίου – στερεού (όγκος του ρευστού)*(χρόνος) Ε) με βάση τον όγκο του αντιδραστήρα (όγκος αντ/ρα)*(χρόνος)

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Στις ομογενείς αντιδράσεις:  θερμοκρασία, πίεση, συγκέντρωση Στις ετερογενείς αντιδράσεις:  Μεταφορά μάζας, μεταφορά θερμότητας, θερμοκρασία, πίεση, συγκέντρωση Βραδύτερο στάδιο Η ταχύτητα είναι ανεξάρτητη από το είδος του συστήματος (διαλείποντος έργου, συνεχούς ροής) Για την αντίδραση aA+bB  cC+dD, ισχύει:

Σε έναν αντιδραστήρα πραγματοποιείται η εξής αντίδραση 2A+3B  5C. Εάν σε κάποια χρονική στιγμή, η ταχύτητα κατανάλωσης του Α είναι 10 mol/dm 3 /s, ποιες είναι οι ταχύτητες κατανάλωσης και σχηματισμού του Β και C, αντίστοιχα. ΠΡΟΒΛΗΜΑ

ΓΕΝΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΜΑΖΑΣ F A0 = Γραμμομοριακή παροχή εισόδου του A (mol/time) F A = Γραμμομοριακή παροχή εξόδου του A (mol/time) G A = Ρυθμός σχηματισμού του A (mol/time) V = Όγκος (vol π.χ. m 3 ) r A = Ταχύτητα σχηματισμού του A (mole/timevol) N A = Αριθμός των moles του A στο σύστημα όγκου V (mols) Έίσοδος – Έξοδος + Σχηματισμός = Συσσώρευση

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΟΥΣ ΤΥΠΟΥΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ PBR ΑΕΡ (PFR) ΑΡΠΑ (CSTR) Διαλείποντο ς έργου (Batch) Ολοκλήρωμα Αλγεβρική εξίσωση Διαφορική εξίσωση Αντιδραστή -ρας