2. ΒΑΘΜΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ Περιεχόμενα : Βαθμός μετατροπής Εξισώσεις ως προς το βαθμό μετατροπής για διάφορους τύπους αντιδραστήρων Straight Though Transport Reactor
ΒΑΘΜΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ (Ι) Έστω η γενική αντίδραση aA + bB cC + dD Θεωρούμε ότι το συστατικό Α δεν είναι σε περίσσεια επομένως είναι το συστατικό που περιορίζει την αντίδραση. Διαιρώντας με τον στοιχειομετρικό συντελεστή a λαμβάνουμε την στοιχειομετρική εξίσωση και έτσι θέτουμε τους υπολογισμούς ανά mole του συστατικού A. Ως βαθμός μετατροπής Χ του συστατικού A ορίζεται: ΧΑ=(moles Α που αντέδρασαν) /(moles Α τροφοδοσίας) Η μέγιστη τιμή του βαθμού μετατροπής Χ, για αναντίστρεπτες αντιδράσεις είναι Χmax=1,0 , όταν έχουμε πλήρη μετατροπή, ενώ για αντιστρεπτές αντιδράσεις είναι ίση με το βαθμό μετατροπής σε ισορροπία Χmax=Xe .
ΒΑΘΜΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ (IΙ) Σύστημα διαλείποντος έργου ΝΑ = ΝΑ0 – ΝΑ0 * ΧΑ moles A που παραμένουν = ΝΑ = moles A αρχικά – moles A που αντέδρασαν ΝΑ = ΝΑ0 – [moles A τροφοδοσίας * (moles A που αντέδρασαν)/(moles A τροφοδοσίας)] Σε ένα κλειστό, ομογενές και σταθερού όγκου σύστημα CA = NA / V V όγκος συστήματος, CA συγκέντρωση Α, CAO αρχική συγκέντρωση Α NA = CA*V και NAO=CAO*V Επομένως, ΧΑ = (CAO-CA)/CAO ή CA = CAO * (1-XA) Σύστημα συνεχούς ροής Ρυθμός απομάκρυνσης moles A = FΑ = ρυθμός τροφοδοσίας moles A – Ρυθμός αντίδρασης moles A FΑ = FΑ0 – [Ρυθμός τροφοδοσίας moles A * (moles A που αντέδρασαν)/(moles A τροφοδοσίας) FΑ = FΑ0 – FΑ0 * ΧΑ
ΠΡΟΒΛΗΜΑ 1 Αν σε μια χημική αντίδραση aA + bB = cC + dD οι αρχικές συγκεντρώσεις των συστατικών A, B, C, D είναι αντίστοιχα CAO, CBO, CCO και CDO και ο βαθμός μετατροπής του A είναι xA. Να βρεθούν οι τελικές συγκεντρώσεις όλων των συστατικών, καθώς και οι ποσότητες των συστατικών που καταναλώθηκαν. Ο όγκος του συστήματος θεωρείται σταθερός. ΛΥΣΗ:
ΠΡΟΒΛΗΜΑ 2 Πρόβλημα 2: 5,4 kg αλουμινίου αντιδρούν με 2,55 m3 χλωρίου για το σχηματισμό τριχλωριούχου αλουμινίου. Το χλώριο καταναλώνεται πλήρως. Να βρεθούν οι καταναλώσεις και οι τελικές συγκεντρώσεις όλων των συστατικών.
ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΒΑΘΜΟ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΟΥΣ ΤΥΠΟΥΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ PBR ΑΕΡ (PFR) ΑΡΠΑ (CSTR) Διαλείποντος έργου (Batch) Ολοκλήρωμα Αλγεβρική εξίσωση Διαφορική εξίσωση Αντιδραστή-ρας