Расчет состава равновесных смесей

При известных константе равновесия, определенной тем или иным из рассмотренных выше методов, и начальном составе смеси (Р,; о, Q о) становится возможным рассчитать состав равновесной смеси (равновесные С;. Р„ выходы д, и степени конверсии А'Д а также найти их зависимость от условий проведения процесса.

Единственная обратимая реакция. Если при газофазных реакциях число молей веществ и объем реакционной смеси не меняются, проще всего в уравнении (2.1) заменить равновесные парциальные давления веществ на их начальные давления и равновесные степени конверсии, например

РЛ = РЛО(1-ХЛ).

При избытке второго реагента используют мольное соотношение реагентов

Рг = ^y.qI^a.q ?

В результате находят Ад, являющуюся достаточной характеристикой баланса единственной обратимой реакции.

Для газофазных реакций, не сопровождающихся изменением объема. равновесная степень конверсии не зависит от РА 0. На нее влияет лишь избыток второго реагента У. с увеличением которого растет и ХА.

Объем реакционной смеси обычно является постоянным для любых жидкофазных реакций, что позволяет использовать тот же метод расчета, но с заменой давлений на концентрации или мольные доли.

При изменении объема реакционной смеси газофазных реакций расчет можно провести с помощью коэффициента изменения объема ?, выражая через него РЛ0. ру, Ха и равновесные парциальные давления всех веществ.

Для реакций, сопровождающихся уменьшением объема реакционной смеси, на смещение равновесия вправо положительно влияют избыток второго реагента и увеличение общего давления. Для процессов, идущих с увеличением объема, - снижение давления реагентов.

Системы из двух и более обратимых реакций. Для них искомыми величинами при расчете являются равновесные парциальные давления, концентрации (мольные доли) или выходы всех ключевых веществ, число которых определяется числом независимых реакций. Для каждой из этих реакций составляют уравнение равновесия.

Например, при дегидратации этанола протекают две независимые обратимые реакции:

1) С2Н5ОН <=> С2Н4 + Н2О;

А В Z

2) 2С2НзОН <=> (С2Н5)2О + Н2О.

С Z

Если их константы равновесия равны Кр ! и Кр 2. а равновесные выходы этилена и диэтилового эфира обозначим хв и хс, то из парциального молярного баланса находим:

= пв1па.о=*в>

пс/пА. О = °’5-V > nz/nA, 0 = ХВ + °’5-*С ?

Равновесные парциальные давления веществ составят:

р _ 1 хв хс р р _ хв р

  • . 1 общ ’ 1В . , 1 общ »
  • 1+лв 1 + л8
  • 0.5лг
  • 1 + хв

р 'общ ?

рг =

хв + 0,5лс 1+х8

Отсюда получаем два расчетных уравнения

№z _ ,rg(.rg+ 0,5.гс) ?

РА О” -Хд-Хс)(1+лЪ)

PCPZ _ 03хсв +0,5лс)

КР2 Ра (1-^-лс)2

из которых при известных Ь КРг и Ро6и1 находят равновесные выходы Хв и ХС.

Аналогичным образом рассчитывают равновесный состав реакционной смеси для последовательных и более сложных систем обратимых реакций.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >