Производительность и интенсивность аппарата

Важным критерием эффективности работы отдельных аппаратов, цехов или заводов в целом является производительность.

Производительность – это количество полученного продукта в единицу времени:

где G_R – количество продукта;

t - время.

Если известна концентрация продукта в реакционной смеси и объёмный расход реакционной смеси, то производительность определяется как:

П = С_R × v,

где С_R – концентрация продукта;

v – объёмный расход реакционной смеси

Максимально возможная для данного аппарата производительность называется мощностью. Для сравнения работы аппаратов различного устройства, в размерах, в которых протекают одни и те же процессы, используют понятие интенсивность.

Интенсивностью называют производительность, отнесенную к какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата (объём, площадь поперечного сечения)

где V – объём аппарата

При анализе работы каталитических реакторов принято относить производительность аппарата в целом к единице объёма или массе катализатора. Такую величину, численно равную количеству продукта, называют производительностью катализатора или его напряженностью.

Равновесие в химико-технологических процессах. Влияние изменения параметров технологического режима на равновесие.

Технологические процессы делятся на обратимые и необратимые. Равновесие ХТП характеризуется тем, что скорость прямого и обратного процесса уравнивается, в результате чего соотношение компонентов во взаимодействующей системе остаётся неизменным, пока не изменяется внешнее условие.

При изменении температуры, давления или концентрации одного и того же компонента, равновесие нарушается в системе самопроизвольно, происходят диффузионные и химические процессы, ведущие к установлению равновесия при новых условиях.

Принцип Ле-Шателье: в системе, выведенной из состояния равновесия, происходят изменения, направленные к ослаблению воздействий, выводящих систему из равновесия.

nA + mB « pD + Q

Для сдвига равновесия вправо, то есть увеличения количества продуктов, необходимо понижать температуру и концентрацию продукта D, то есть выводить его из реакционной зоны. А также увеличивать давление и количество вещества А и В в реакционной зоне.

Растворимость твёрдого кристаллического вещества в жидкости повышается с ростом температуры. давление обычно не влияет на процесс, поскольку изменение объёма незначительно.

Константа равновесия

Количественно – подвижное равновесие для гомогенных и гетерогенных процессов, идущих в кинетической области, измеряется константой равновесия.

Для обратимой реакции можно вычислить скорость прямой и обратной реакции:

u₁ = k₁ [A]ⁿ × [B]^m ;

u₁ = u₂

u₂ = k₂ [D]_p ,

где u₁, u₂ – скорости прямой и обратной реакции;

k₁, k₂ – константы скорости прямой и обратной реакции;

А, В, D – молярные концентрации веществ.

При равновесии u₁ = u₂, тогда

Для газов константу равновесия можно выразить через парциальные давления реагирующих компонентов или концентрации компонентов:

k_p = k_c (PT)^D^N;

k_p = k_N × p^D^N;

DN = p – (m + n),

где р – общее давление газовой смеси;

DN – приращение числа молей газов, вследствие реакции.

Зависимость k_p от Т выражается уравнением изобары Вант-Гоффа

если при Т₁ константа равна k₁, а при Т₂ – k₂, то

Данное уравнение применяется для определения неизвестной константы k_p₂ при температуре Т₂ по известной константе k_p₁ при температуре Т₁ и при известном тепловом эффекте реакции, при условии, что давление в системе постоянно

Фазовое равновесие

В технологической практике для определения фазового равновесия широко применяют диаграмму состояния, в которой какое-либо свойство системы (температура плавления кристаллических веществ, температура кипения жидкости и др.) определяется как функция состояния.

Диаграмма состояния строится на основе правила фаз по опытным данным.

В диаграммах состояния для системы твёрдое тело – жидкость определяемой величиной является температура плавления и соответствующий каждой температуре составляющая твёрдой и жидкой фазы. Для системы жидкость – газ определяется температура кипения и составы жидкости и пара.

Независимых факторов, влияющих на равновесие в двухкомпонентной системе, три: температура, давление, концентрация одного из компонентов в смеси с другим.

Например, если известно сl₁, то с₂ = 1- с₁

Покажем на диаграмме для компонентов А и В кривые плавления и кристаллизации

Диаграмма фазового состояния для двух взаимонерастворимых компонентов при Р = const, где А, В – химические компоненты

Точки а и в соответствуют температурам плавления чистых веществ А и В

к = 1

Ф = 2

для которых при постоянном давлении влияет только один внешний параметр П = 1 – температура

С = К + П – Ф – степень свободы, т.е. нельзя изменять температуру, не меняя число фаз, т.е. система безвариантна

Точка е соответствует температуре плавления смеси постоянного состава, содержащей в данном случае 60% кристаллов А и 40% - В

Двухкомпонентная трёхфазная система также не имеет степеней свободы. Область d – однофазный жидкий раствор веществ А и В, для которых число степеней свободы с = 2, следовательно можно менять температуру и концентрацию компонентов, не вызывая появления новых фаз.

Линия аев – линия появления или исчезновения твёрдой фазы. Участок ае – начало кристаллизации (или окончания плавления) вещества А. Участок ев – начало кристаллизации вещества В. Число степеней свободы с = 1, следовательно каждому составу раствора отвечает своя температура начала кристаллизации, и только одновременное соответственное изменение температуры и состава не вызывает нарушение равновесия.

Область с₁ – область кристаллизации вещества А в растворе А+В

Область с₂ – область кристаллизации вещества В в растворе А+В

С = 1, линия а₁в₁ – полное затвердевание системы в смеси кристаллов А и В

Область f₁ – две твёрдые фазы веществ А и В, причём вещество А кристаллизовано частично в более крупных кристаллах, а вещество В – в виде мелких кристаллов.

Область f₂ – тоже самок, что и f_1, но крупные кристаллы вещества В.

По диаграмме можно легко определить изменение фазового состояния для смеси А и В любого состава.

Во многих практических случаях диаграммы состояния для двух компонентов, взаимно растворимых в жидком состоянии, но не растворимых в твёрдой фазе, значительно усложняется

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1894; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!