Степень совершенства технологического режима количественно оценивают с помощью показателей ХТП. К основным показателям относят: степень превращения исходных реагентов, выход продукта, избирательность (селективность) процесса, расходные коэффициенты.

Степень превращения.

Совершенство процесса с позиции полного использования сырья оценивают с помощью степени превращения (конверсии). Степень превращения – это отношение количества (массы, объема) одного из реагентов, вступившего в реакцию, к начальному количеству (маасе, объеме) этого реагента. Например, для реакции

аА + bВ =dD

степень превращения Х рассчитывают по соотношениям:

Х_А =(m_А,0 - m_А)/ m_А,0 =(n_А,0 - n_А) / n_А,0 = (v_А,0 – v_А) / v_А,0 (1.3.1)

Х_В =(m_В,0 – m_В)/ m_В,0 =(n_В,0 – n_В) / n_В,0 = (v_В,0 – v_В) / v_В,0

здесь m_А,0, m_В,0, n_А,0, n_В,0, v_А,0, v_В,0 – масса, число молей и объем реагентов А и В в начале процесса, m_А, m_В, n_А, n_В, v_А, v_В – то же в конце процесса.

Если реагенты А и В взяты в стехиометрическом соотношении, то Х_А =Х_В. Степень превращения реагента, взятого с избытком от стехиометрического соотношения, всегда ниже, чем для реагента, поступающего в недостатке. Если α_В – коэффициент избытка В по отношению к стехиометрии, то

Х_А = α_ВХ_В (1.3.2)

Если реакция протекает без изменения объема, то концентрация (С, моль/м³) реагента или его объемная доля (ω, %) в начале и конце процесса равны:

С_А,0 = n_А,0/v С_А, = n_А,/v ; ω_А,0 = (v_А,0 / v) *100 ω_А = (v_А / v) *100 (1.3.3)

Для реакций, протекающих с изменением объема

Х_А =(С_А,0 –С_А) /(С_А,0 –ε_АС_А) (1.3.4)

здесь ε_А – относительное изменение объема реакционной смеси при полном превращении реагента А.

Для процессов межфазной массопередачи (испарение, конденсация, абсорбция, десорбция) степень превращения называют степенью межфазного перехода, например степенью абсорбции, степенью десорбции, степенью конверсии и т.д.

Выход продукта.

Для сложных (параллельных, последовательных) реакций наряду со степенью превращения исходных веществ используют понятие «выход продуктов».

Выход продукта Ф – это отношение фактически полученного продукта n_Ф (или m_Ф) к его максимальному количеству n_макс (или m_макс), рассчитанному по стехиометрическому уравнению при степени превращения исходных реагентов, равной 1:

Ф_Ф = n_Ф/ n_макс = m_Ф / m_макс (1.3.5)

Если в реакции участвуют два или более веществ, например, А +В →D, то различают выход целевого продукта D по исходному веществу А (Ф _D(А)) и по веществу В (Ф _D(В)). Если А и В содержатся в исходной смеси не в стехиометрическом соотношении, то Ф _D(А) ≠ Ф _D(В)

Для простых реакций (т.е. в отсутствии параллельных и последовательных превращений) выход продукта численно равен степени превращения исходных веществ.

Для простых необратимых реакций максимальный фактический выход Ф_Ф.макс равен 1. Для обратимых реакций исходное вещество превращается в продукт не полностью, и если в формулу (3.5) вместо n_Ф подставить количество продукта, полученное в условиях равновесия n^*, то Ф_Ф.макс< 1. Этот выход называется равновесным Ф*

Ф_Ф.макс = n^*/ n_макс =Ф*. (1.3.6)

Для характеристики степени приближения обратимого процесса к равновесию на практике используют так называемый выход от теоретического или равновесного выхода, который равен отношению количества фактически полученного продукта n_Ф к количеству его, которое получилось бы, если бы процесс пришел в состояние равновесия n^*:

Ф_Т = n_Ф /n^* = Ф_Ф/Ф* (1.3.7)

Выход продукта выражают в долях единицы или в процентах. Этот показатель во многом отражает степень совершенства технологического процесса, затраты сырья на единицу продукта и экономические показатели производства.

Скорость ХТП.

Чтобы определить время, необходимое для достижения заданного выхода продукта или заданной степени превращения исходного реагента, требуется знать скорость ХТП. Она определяет интенсивность протекания процессов.

Скорость химико-технологического процесса выражают изменением количества какого-либо компонента, прореагировавшего или образовавшегося в результате химической реакции в единицу времени в единице реакционного объема v (для гомогенных ХТП) или на единице поверхности S раздела фаз (для гетерогенных ХТП).

Если при протекании процесса не происходит обмен веществом с окружающей средой, средняя скорость расходования исходного вещества или образования продукта за интервал времени Δτ = τ₂ – τ₁ в общем случае равна:

Ū =(n₂ –n₁) / [ύ (τ₂ – τ₁)] = Δn /( ύ* Δτ) (1.3.8)

здесь n_1, n₂ –число молей вещества в моменты времени τ₁ и τ₂ соответственно;

ύ –средний объем реагирующей смеси.

Средняя скорость равна интенсивности протекания процесса.

При Δτ=0 получают мгновенную или истинную скорость, соответствующую конкретному моменту времени. Мгновенная скорость ХТП выражается соотношением:

U =lim Δn/v* Δτ =±(1/ v) (dn/ dτ) (1.3.9)

Пользоваться этим уравнением можно при соблюдении двух условий: а) реакционный объем остается постоянным; б) объем можно считать закрытым.

Закрытым, или замкнутым, объемом считают такие условия, когда реагирующая система не обменивается веществом с окружающей средой.

Если скорость определяют по образующемуся продукту реакции, то выражение (3.9) используют со знаком плюс, если по исходному веществу - со знаком минус. Следует помнить, что скорость ХТП всегда положительна.

На практике часто пользуются более простым уравнением, пригодным для ХТП, протекающих при постоянном объеме. Учитывая, что

n_ί /v =С_ί, т.е. равно концентрации вещества, при постоянном объемен имеем:

U = ±d С_ί / dτ (1.3.10)

Для процессов с газообразными веществами скорость удобно выражать через изменение парциальных давлений Р_ί реагирующих компонентов смеси:

U’ = ±d Р_ί,/ dτ (1.3.11)

Иногда скорость выражают через изменение степени превращения:

U” = ±d Х_ί,/ dτ (1.3.12)

Для гетерогенных ХТП, когда реакция протекает на границе раздела фаз, скорость часто относят к единице межфазной поверхности S:

U = ± (1/S)(dn_ί,/ dτ ) (1.3.13)

Для гетерогенно-каталитических процессов скорость реакции удобно выражать в расчете на единицу массы m_к катализатора:

U = ± (1/m_к)(dn_ί,/ dτ ) (1.3.14)

Скорость ХТП в общем случае зависит от скоростей физических и химических процессов, которые в свою очередь определяются гидродинамическими параметрами движения реагентов, условиями перемешивания, диффузии, концентрациями, давлением, температурой и другими факторами, оказывающими влияние на массо- и теплоперенос.

В самом общем виде формула для расчета скорости процесса может быть представлена в виде:

U = dС/dτ = К *ΔС (1.3.15)

Здесь К – коэффициент скорости процесса; ΔС – движущая сила процесса.

Коэффициент скорости процесса зависит от области протекания процесса и является функцией констант скоростей прямой (k₁), обратной (k₂) и побочных (k_n1, k_n2) реакций, коэффициентов диффузии исходных реагентов к поверхности раздела фаз (D₁, D₂…) и продуктов реакций от поверхности раздела ((D’₁, D’₂…):

К =f (k_1, k_2,, k_n1, k_n2,….. D₁, D₂… D’₁, D’₂…) (1.3.16)

Обычно зная область протекания процесса, технологи выбирают основные параметры, наиболее сильно влияющие на скорость процесса. В этом случае выражение для расчета коэффициента скорости процесса упрощается. Так, для гомогенных процессов или гетерогенных, протекающих в кинетической области, К зависит лишь от констант скоростей основной и побочных реакций:

К =f (k_1, k_2,, k_n1, k_{n2 ….}) (1.3.17)

Для гетерогенных процессов, протекающих в диффузионной области, определяющее влияние на скорость оказывают коэффициенты диффузии газа или жидкости внутри более плотной фазы (например, в порах твердого вещества):

К =f ( D₁, D₂… D’₁, D’₂…) (1.3.18)

Движущая сила процесса в общем случае является сложной функцией текущих (С₁, С₂..) и равновесных (С*₁, С*₂…) концентраций реагирующих веществ, константы равновесия К_р и других параметров. Вид функции зависит от типа реакции, области протекания процесса. В простейшем случае протекания необратимой реакции первого порядка А →В в кинетической области

ΔС =С_А (1.3.20)

Уравнение (3.15) в этом случае принимает вид:

U = = К *ΔС = k₁ С_А (1.3.21)

Избирательность.

Избирательность (селективность) – важнейшая характеристика процессов, в которых наряду с основной реакцией образования целевого продукта протекают побочные параллельные или последовательные реакции с образованием нежелательных или менее ценных продуктов. Различают конечную суммарную (интегральную) избирательность и мгновенную (дифференциальную).

Суммарная избирательность φ_В,_сумм определяется как отношение количества исходного вещества, превратившегося в целевой продукт, к общему количеству прореагировавшего исходного вещества. Например, для параллельных реакций аА →bВ и аА →dD, целевым продуктом которых является вещество В, суммарная избирательность φ_В,_сумм выражается в виде:

φ_В,_сумм = (а/b)n_В /( n_А,0 – n_А) =(а/b)n_В / (а/b) n_В +( а/d) n_D) (1.3.22)

Связь между степенью превращения Х_А, выходом продукта Ф_В(А) и суммарной избирательностью φ_В,_сумм определяется из выражения (3.22) и соотношений (3.23) и (3.24):

Х_А= (n_А,0 – n_А)/ n_А,0 (1.3.23)

Ф_В(А) =(а/b) n_В/ n_А,0 (1.3.24)

Х_А φ_В,_сумм = Ф_В(А) (1.3.25)

Мгновенная избирательность измеряется отношением скорости образования целевого продукта к скорости потребления исходного реагента на образование всех продуктов реакции. Иными словами, мгновенная избирательность равна отношению скорости основной реакции к общей скорости процесса, выраженной через количества исходного реагента:

φ_В,_мгн = U_В / U_А (1.3.26)

φ_В,_мГн имеет смысл мгновенного выхода целевого продукта. Суммарная избирательность равна сумме всех мгновенных выходов. Иногда мгновенная избирательность оценивают отношением скоростей образования целевого и побочного продуктов:

φ’_В,_мгн = U_В / U_D (1.3.27)

Расходные коэффициенты.

Расходные коэффициенты (РК) характеризуют затраты сырья на производство.

Расходный коэффициент – это отношение количества сырья, затраченного при проведении ХТП, к количеству полученного целевого продукта. Различают теоретические и практические расходные коэффициенты. Теоретический расходный коэффициент рассчитывают по стехиометрическому уравнению основной реакции с учетом содержания исходного реагента в сырье. Например, для реакции аА →bВ теоретический расходный коэффициент η_т для получения продукта В определяется по соотношению:

η_т =аМ_А /(bМ_В ω_А,_с) (1.3.28)

здесь М_А и М_В – молекулярные массы реагента А и продукта В; ω_А,_с – массовая доля компонента А в сырье, %.

При расчете практических расходных коэффициентов учитывают степень превращения исходного реагента Х_А, выход продукта Ф_В(А),избирательность φ_В,_сумм:

η_п = η_т /( Х_А φ_В,_сумм) = η_т/ Ф_В(А) (1.3.29)

Практический расходный коэффициент всегда выше теоретического. Задача технологов – уменьшить отношение η_п/ η_т без увеличения себестоимости продукта. А это достигается путем повышения степени превращения, избирательности и как следствие – выхода продукта.

1.3.4 Материальный баланс.

Основой технологических расчетов являются расчеты материальных потоков при протекании ХТП. Знание материальных потоков необходимо для проведения конструктивных расчетов производственного оборудования и коммуникаций, оценки экономической эффективности процесса. Самым распространенным видом материальных расчетов является составление материальных балансов. Материальные балансы составляют на основе закона сохранения массы вещества с учетом стехиометрических соотношений. Материальный баланс означает, что общая масса (∑m_i^вх) всех входящих в аппарат (или цех) материалов (приход) равна общей массе (∑m_j^вых) выходящих веществ (расход):

р р

(∑m_i^вх) =(∑m_j^вых) (1.3.30)

i =1 j =1

Число реагентов может изменяться от 1 до р. Расчет обычно выполняют в единицах массы (кг, т), реже – в единицах количества вещества (кмоль, моль).

На производстве обычно составляют материальные балансы для реактора, цеха, завода.

Различают балансы на единицу времени и на единицу продукции.

Материальный баланс на единицу времени составляют чаще всего для непрерывных процессов с целью расчета размеров аппаратов. Диаметра трубопроводов, а также для определения входных и выходных значений концентраций реагирующих веществ. Материальный баланс на единицу продукции составляют как для непрерывных, так и для периодических процессов с целью определения теоретических и практических расходных коэффициентов.

Связь между балансами на единицу времени и единицу продукции определяется производительностью.

Материальные балансы отделения, цеха, производства, завода рассчитывают для определения габаритов складских помещений, для сырья и готовой продукции, расчета трубопроводов и промежуточных емкостей. Одновременно балансы могут быть использованы для сравнения эффективности работы аппаратов, отделений, цехов одинаковой мощности на различных заводах.

Материальный баланс чаще всего представляют в виде таблиц, которые включают приходную и расходную части.

1.3.5 Тепловой баланс.

По данным материального баланса с учетом тепловых эффектов реакций и физических превращений, подвода теплоты извне или отвода ее составляют тепловой баланс, позволяющий определить потребность в топливе, температуру в зоне реакции, площадь теплообменных поверхностей и другие параметры.

Основой теплового баланса является закон сохранения энергии, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна. Для расчета затрат энергии на производство может быть составлен энергетический баланс, учитывающий расход электроэнергии, пара и воды на получение продукта. В общем случае уравнение теплового баланса можно представить в виде:

Q_вх + Q’_ф + Q’_р + Q_нагр = Q_вых + Q”_ф + Q”_р + Q_охл (1.3.31)

здесь Q_вх и Q_вых –соответственно количество теплоты, вносимое в аппарат и выносимое из него жидкими или газообразными веществами; Q’_ф и Q”_ф – теплота физических процессов, происходящих с выделением (‘) и поглощением (“) теплоты; Q’_р и Q”_р – теплота экзотермических (‘) и эндотермических (“) химических реакций; Q_нагр и Q_охл –соответственно количество теплоты, подводимое в аппарат извне для нагрева реакционной смеси отводимое через холодильники для поддержания заданного температурного режима.

На производстве тепловой баланс чаще всего составляют для аппарата с целью определения технологических параметров процесса и условий для обеспечения заданного температурного режима.

Величины Q_вх и Q_вых рассчитываются по уравнениям:

р_вх

Q_вх = ∑m_iс_it_вх,i (1.3.32)

i =1

р_вых

Q_вых = ∑m_j,с_j, t_вых,j (1.3.33)

j =1

здесь m_i, m_j –масса (объем, количество) исходных реагентов и продуктов реакции, прошедших через аппарат в единицу времени укг/с (м³/с, кмоль/с); с_i, с_j – средняя удельная теплоемкость компонентов, кДж/(кг*К); t_вх,I, t_вых,j – температура входного и выходного потоков, К; р_вх, р_вых – число компонентов, участвующих в процессе.

Теплоты фазовых переходов реагентов в ходе процесса Q’_ф и Q”_ф, которые в зависимости от знака теплового эффекта фазового перехода учитываются в приходной (кристаллизация, сублимация, конденсация) или расходной (испарение, плавление) частях баланса, рассчитывают по уравнению:

n

Q_ф == ∑m_фiq_фi (1.3.34)

i=1

здесь m_фi – масса (объем, количество) i-реагента, участвующего в фазовом переходе, кг/с (м³/с, кмоль/с); q_фi – тепловой эффект фазового перехода i-компонента, кДж/кг.

Теплоту реакции определяют по уравнению:

n

Q_р = ∑m_рiq_рi (1.3.35)

i=1

здесь m_рi – масса (объем, количество) i-реагента, вступившего в реакцию или образовавшегося в ходе реакции, кг/с (м³/с, кмоль/с); q_рi – тепловой эффект реакции, кДж/кг.

Расчет Q_нагр и Q_охл ведут по основному уравнению теплопередачи, согласно которому количество переданной теплоты Q равно:

Q =К_ТFΔТ (1.3.36)

здесь К_Т – коэффициент теплопередачи, вТ/(м²*К); F – площадь поверхности теплообмена, м²; ΔТ – разность температур теплоносителя и реакционной зоны (движущая сила процесса теплопередачи.).

Из уравнения теплового баланса можно рассчитать любой из параметров при известных остальных. Технолога чаще всего интересует Т_вх, Т_к, F.

Тепловой баланс представляют в виде таблиц, имеющих приходные и расходные статьи тепловых потоков.

1.3.6 Термодинамические характеристики химических процессов.

Роль термодинамического анализа в химической технологии определяется решением следующих задач:

1.Установление принципиальной возможности самопроизвольного протекания предполагаемого химического процесса.

2. Определением энергетических эффектов ХТП, необходимых для составления энергетических балансов и расчета затрат энергии на проведение ХТП.

3. Расчетом максимально возможных степеней превращения и выходов продуктов при проведении обратимых процессов.

4. Определением диапазона температур и давлений, при которых рационально осуществление ХТП.

Из курса физической химии известно, что условием принципиальной осуществимости протекания химической реакции в прямом направлении без затрат работы является уменьшение свободной энтальпии системы.

Количественно возможность протекания реакции при той или иной температуре оценивается на основе тепловых эффектов реакции ΔН и изменения энергии Гиббса ΔG. Как правило, чем более экзотермична реакция при данной температуре, тем вероятнее ее протекание. На практике используют стандартные значения ΔG⁰ для условий Р=101кПа, Т =298К. Эти значения приведены в справочной литературе. Опыт показывает, что если ΔG⁰ < – 40кДж/моль, то предполагаемая реакция возможна, а если ΔG⁰₂₉₈ > - 40 кДж/моль – реакция невозможна в любых условиях.

Энергетические эффекты при протекании ХТП оценивают на основе теплот образования и сгорания веществ. Для многих веществ теплоты образования и сгорания известны и сведены в таблицы. Их называют стандартными тепловыми эффектами и обозначают ΔН⁰₂₉₈. С помощью этих таблиц путем комбинации известных значений ΔН⁰₂₉₈ можно получить ΔН практически для любых реакций, не прибегая к эксперименту.

Относительно оценки максимально возможных степеней превращения Х_макс следует отметить, что для необратимых процессов Х_макс =1.

Глубину протекания обратимых ХТП и диапазон рабочих температур и давлений можно предсказать на основе данных о равновесии химической реакции. Все обратимые ХТП стремятся к равновесию, при котором скорости прямого и обратного процессов уравниваются и соотношение концентраций, определяющих равновесную степень превращения Х* =Х_макс, остается неизменным, пока не изменятся внешние условия.

Константы равновесия и расчет равновесных степеней превращения.

Для количественной оценки состояния равновесия используют значения констант равновесия, равновесных концентраций реагентов С^*, равновесных степеней превращения Х^* и выходов продукта Ф^*. В общем случае для реакции

аА + bВ +…. →dD +еЕ ….

Константы равновесия можно выразить через равновесные концентрации реагентов (С_i*)

Кс = (С_D^*)^d (С_Е^*)^е…../[(С_А^*)^а (С_В^*)^b]…. (1.3.37)

Для газов константа равновесия часто выражается через равновесные парциальные давления реагентов (Р_i*)

Кр = (Р_D^*)^d (Р_Е^*)^е…../[(Р_А^*)^а (Р_В^*)^b]…. (1.3.38)

При технологических расчетах константы равновесия иногда выражают через мольные доли реагентов в состоянии равновесия (N_i^*)

К_N = (N_D^*)^d (N_Е^*)^е…../[(N_А^*)^а (N_В^*)^b]…. (1.3.39)

Следует помнить, что для реакций, протекающих с изменением числа молей, численные значения констант равновесия зависят от формы записи стехиометрического уравнения реакции. Например, реакцию окисления оксида серы (4) можно записать в виде:

SО₂ +0.5О₂ ↔ SО₃ или 2 SО₂ +О₂ ↔ 2SО₃

В первом случае

К_С1=С^* _SО3/[(С^*_SО2 (С^*_О2)^0..5] (1.3.40)

Во втором

К_С2=(С^* _SО3)²/ [((С^*_SО2)² С^*_О2] (1.3.41)

К_С1 и К_С2 имеют разные размерности и К_С1 =√ К_С2. Аналогично для указанных реакций К_Р1≠ К_Р2 и К_N1≠ К_N2. В общем случае Кс≠ Кр≠ К_N. Связь между ними устанавливается на основе уравнения Менделеева-Клайперона закона Дальтона. Уравнение Менделеева-Клайперона позволяет выразить связь между парциальным давлением i- компонента газовой смеси (Р_i) и его молярной концентрацией (С_i):

Р_iv =n_iRТ (1.3.42)

С_i =n_i/v =Р_i/(RТ) (1.3.43)

здесь n_i и v – число молей вещества и объем реакционной смеси.

Связь между парциальным давлением i- компонента (Р_i), общим давлением смеси (Р_общ) и мольными долями ((N_i) устанавливается соотношениями:

р

Р_общ =∑ Р_i (1.3.44)

i=1

Р_i = N_i Р_общ (1.3.45)

Таким образом, Кс, Кр и К_N связаны между собой соотношениями:

Кр =Кс (RТ) ^∑νi (1.3.46)

Кр = К_NР_общ^∑νi (1.3.47)

Кс = К_NР_общ^∑νi ((RТ) ^–∑νi (1.3.48)

здесь ∑ν_i – алгебраическая сумма стехиометрических коэффициентов при реагентах и при продуктах реакции. При этом коэффициенты при продуктах реакции – положительные, а при исходных реагентах принимаются со знаком минус.

Значения констант равновесия для различных реакций приведены в справочных пособиях.

Численные значения Кс и Кр не зависят ни от концентрации реагентов и их соотношений, наличия или отсутствия примесей или разбавителей, ни от давления (если газы идеальные, а давление не очень велико). Константы химического равновесия зависят лишь от природы реагентов и температуры. Связь между константой равновесия и температурой описывается уравнением Вант-Гоффа:

dlnКр/dТ =ΔН / RТ² (1.3.49)

Константы равновесия в той или иной форме входят в состав многих кинетических уравнений. Значения констант равновесия используют главным образом для расчета составов равновесных смесей и определения максимально возможных степеней превращения Х_макс =Х^* или выходов продукта Ф^*.

Если численные значения констант равновесия зависят только от природы реагентов и температуры, то на равновесные составы, степени превращения и выходы продуктов влияет не только температура, но и давление, концентрация исходных веществ, наличие примесей, разбавителей. Качественно влияние этих параметров определяет известный принцип Ле -Шателье, согласно которому в системе, выведенной внешним из состояния равновесия, происходят изменения, направленные к ослаблению воздействий, выводящих систему из равновесия.

Так, для экзотермических процессов повышение температуры должно привести к изменениям в системе, которые обеспечили бы уменьшение тепловыделения. Этому отвечает уменьшение равновесной степени превращения исходных веществ, т.е. сдвиг равновесия влево, в сторону образования исходных веществ. Эндотермическим процессам отвечает обратная картина. Для газофазных процессов, протекающих с повышением объема, увеличение давления будет приводить к уменьшению равновесной степени превращения или сдвигу равновесия влево. Если в процессе превращения число молей реагирующей смеси уменьшается, то увеличение давления должно вызвать такое изменение в равновесной смеси, которое бы компенсировало внешнее воздействие, т.е. должна увеличиться степень превращения, что приведет к уменьшению числа молей смеси и падению давления.

В рассмотренных случаях степень смещения равновесия зависит от абсолютного значения теплового эффекта реакции и от относительного изменения объема реакционной смеси. Чем больше ΔН, тем значительнее влияние температуры. Чем больше изменение объема реакционной смеси, тем сильнее сказывается давление на сдвиг равновесия.

В соответствии с принципом Ле-Шателье введение в равновесную систему дополнительного количества какого-либо компонента сдвигает равновесие в направлении уменьшения его концентрации. Поэтому избыток одного или нескольких исходных веществ способствует увеличению степени превращения других веществ, смещая равновесие вправо. Дополнительное введение продуктов реакции вызывает смещение равновесия влево. Удаление продуктов реакции из смеси позволяет более глубоко проводить химическое превращение. Эти обстоятельства широко используют в промышленности. Так, при окислении оксида серы (4) в производстве серной кислоты реакцию проводят с избытком кислорода, добиваясь более полного окисления SО₂, а между двумя последовательными стадиями окисления выводят путем десорбции из реакционной смеси оксид серы (6), что позволяет еще более повысить степень превращения оксида серы (4).

Введение в равновесную смесь инертного газа при постоянном давлении приводит к уменьшению парциальных давлений реагентов и, таким образом, эффект разбавления подобен эффекту уменьшения общего давления в системе.

Для количественной оценки влияния температуры, давления, концентраций, коэффициента избытка одного из реагентов и концентрации разбавителя используют соотношения между константами равновесия, равновесным составом и равновесной степенью превращения. Эти соотношения для каждого конкретного случая получают путем решения системы уравнений, задаваемых константами равновесия, и уравнений стехиометрического баланса. Вид формул, связывающих константы равновесия, равновесный состав и равновесную степень превращения, зависит от типа реакции. Как правило, мольные доли компонентов равновесной смеси связывают с числом молей исходного вещества,, прореагировавшего к моменту равновесия, или со степенью превращения исходного вещества Хр. Число молей каждого из реагирующих веществ в исходной смеси может быть произвольным. Обычно при расчетах исходят из 1 моль основного реагента и определяют число молей других веществ.

Тема 1.4. Основные закономерности химико-технологических процессов (ХТП)

По агрегатному состоянию взаимодействующих веществ ХТП делятся на гомогенные и гетерогенные. Гомогенные – процессы, протекающие в однородной среде; гетерогенные – процессы, в которых реагенты находятся в разных фазах. Большинство промышленных химических процессов относятся к гетерогенным, но гетерогенные процессы часто включают в качестве одной из стадий гомогенный процесс в газовой или жидкой фазе.