Реальные процессы

CH₃OH↔CO+2H₂

Это эмпирическое уравнение скорости реакции разложения метанола (имеет место в метанольных топливных элементах).

Такое уравнение для суммарной скорости реакции связано с тем, что СО адсорбируется на поверхности катализатора.

Проанализируем как будет зависеть скорость процесса от давления при постоянных температуре и степени превращения метанола.

Степень превращения и температура постоянны. Вычитая из прямой скорости реакции обратную получим, что для данной реакции наблюдается уменьшение суммарной скорости реакции с ростом давления. То есть для данной реакции отсутствует понятие оптимальное давление, а любое увеличение давлении выше атмосферного приведёт к уменьшению суммарной скорости реакции.

Управление состоянием равновесия и скоростью сложных процессов.

Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении.

А) Влияние давления.

Характер влияния давления на равновесие химической реакции определяется знаком разности числа молей газообразных участников реакции или знаком изменения объема. Для газовых реакций, в которых число молей продуктов превышает число молей реагентов увеличение давления неблагоприятно. Смешению равновесия вправо способствует уменьшение давления. Если же реакция протекает с уменьшением числа молей, то повышение давления целесообразно, так как оно сместит равновесия в сторону продуктов реакции.

Б) Влияние концентрации.

В соответсвии с принципом Ле-Шателье введение в равновесную систему дополнительных количеств какого-либо вещества вызывает смещение равновесия в том направлении, при котором концентрация этого вещества уменьшается. Поэтому введение избытка исходных веществ смещает равновесие вправо; введение избытка продукта вызовет смещение равновесия влево.

В) Влияние температуры.

Направление смещение равновесия при изменении температуры зависит от знака теплового эффекта реакции. Повышение температуры всегда благоприятствует накоплению веществ, обазующихся в данной реакции с поглощением теплоты, то есть усиливает эндотермическое направление реакции. Понижение температуры действует в противоположную сторону, то есть усиливает экзотермическое направление.

Предположим, что в реакторе могут одновременно протекать 2 реакции(параллельные).

a₁A+b₁B=cC

a₂A+b₂B=dD

Для расчёта материального баланса равновесной смеси необходимо составить материальный баланс исходной смеси и установить связь между начальными мольными долями компонентов и равновесной степенью превращения ключевого компонента.

a₁A+b₁B=cC

a₂A+b₂B=dD

a1A+b1B=cC a2A+b2B=dD	∑
Исходные вещества	ZNA	ZNB
Производи-тельность	-ZNA*X1 -ZNA*X2
Конечные вещества					w

Примем, что суммарный мольный поток равен единице.

Для упрощения таблица примем,что мольные доли продуктов в исходной смеси равны нулю.

Для расчёта мольных долей компонентов в конечной смеси нужно разделить мольный поток каждого компонента на коэффициент изменения числа молей.

Для расчёта равновесного состава составим систему из двух уравнений:

Для нахождения X₁ и X₂ надо решить систему трансцендентных уравнений с условием

При любой температуре

Для выполнения равенства F₁ и F₂=0.Необходимо, чтобы концентрация вещества С была больше концентрации компонента D.