Степень превращения - это отношение израсходованного в реакции количества реагента к его исходному количеству. Для реакции AÛR степень превращения компонента A находят по формуле:
XA = , (1.17)
где NA,0 и NA - начальное и текущее (конечное) количество (в нашем случае – мольный расход) компонента А.
При задании количества вещества в массовых единицах справедливо выражение
XA = . (1.18)
Из (1.17) и (1.18) следует, что
NA = NA,0 (1- XA), (1.19)
mA = mA,0 (1 - XA). (1.20)
Равновесная степень превращения характеризует максимальную глубину протекания обратимого ХТП в определенных условиях. Связь ХА с ХА* задается соотношением ХА =aх ×ХА*, где 0£aх£1 - доля приближения реальной степени превращения к равновесной.
Для реакции общего вида nAА+nBB Û nRR+nSS ±Q Х*А связана с Кр выражением:
, (1.21)
где Kp=k1/k2, a k1, k2 - константы скоростей прямой и обратной реакций соответственно.
Константу равновесия берут из справочных данных либо рассчитывают по величине приращения энергии Гиббса:
= eDGТ/RT, (1.22)
где DGТ - термодинамическая движущая сила ХТП (приращение энергии Гиббса в ходе химических превращений).
|
|
Энергию Гиббса при температуре Т находят из уравнения:
DGТ= I1- Da×T×lnT – (1.23)
Здесь I1 и I2 - постоянные для данной реакции величины, которые вычисляют по стандартным значениям изменения энтальпии и энтропии:
DH298=Sn'iDH'298,i - Sn''iDH''298,i и DG298=Sn'iDG'298,i - Sn''iDG''298,i. (1.24)
Отсюда:
I1=DH298 - Da×298 - (1.25)
I2 = + Da×(1+ln298) + . (1.26)
Значения коэффициентов и стандартные значения DH298, DG298 и DS298 при Т=298 К и Р=101,325 кПа берут из таблиц (см. Приложения).
Если нет необходимых значений DG298,i, но есть DН298,i и DS298,i, то используют формулу (1.27) (cм. Приложение 1):
DG = DН - Т×DS. (1.27)
Как видно, расчет ХА* по совокупности приведенных выше формул требует значительных усилий, что существенно ограничивает их применение.
Полученное значение Х*А используют в дальнейшем для расчета материального и теплового баланса реактора.
Выходом продукта ФR называется отношение практического выхода продукта NR,p к его максимально возможному (теоретическому) количеству NR,t:
(1.28)
Величину NR,t рассчитывают по уравнению химической реакции, используя выражения (1.23), (1.24).
Связь между ФR и XA выражается соотношениями:
- для необратимых реакций ФR =XA;
- для обратимых реакций ФR = .