ă “Gheorghe Asachi” din Iaşi Facultatea de Inginerie...

download ă “Gheorghe Asachi” din Iaşi Facultatea de Inginerie ...omicron.ch.tuiasi.ro/~mgav/pdf/IPCB/2014_2015/Curs_6.pdf · proceselor chimice şi biologice/6 An universitar 2014-2015.

If you can't read please download the document

Transcript of ă “Gheorghe Asachi” din Iaşi Facultatea de Inginerie...

  • Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Inginerie Chimic i Protecia Mediului

    Departamentul Ingineria i Managementul Mediului

    Ingineria proceselor chimice i biologice/6

    An universitar 2014-2015

  • 1.c. Formule de conversie

    A. Trecerea de la concentraiile masice la cele volumice se realizeaz innd seama de relaia (14):

    M = V (14)

    B. Transformarea fraciilor de mas n fracii molare (ec. 15):

    n

    n

    i

    i

    i

    i

    i

    Mx

    Mx

    Mx

    Mx

    Mx

    x

    0020

    2

    10

    1

    0

    .........

    (15)

    n care:

  • ix - fracia molar a componentului ini xxxx ......,....., 21 - fraciile masice ale componenilor din amestec

    ni MMMM 002010 ...............,, - masele molare ale componenilor

    C. Transformarea fraciilor molare n fracii de mas (ec. 16):

    nnii

    iii MxMxMxMx

    Mxx

    00202101

    0

    ........ (16)

  • 2. Mrimi pentru exprimarea compoziiei chimice a unui curent sau a masei de reacie n evoluia compoziiei masei de reacie

    2.1. Gradul de avansare a reaciei chimice

    Se consider masa de reacie n care se desfoar o singur reacie chimic, a crei ecuaie este de forma (17):

    0............2211 ssii AAAA (17)

    Ai - simbolul generic al speciei chimice i (i = 1, 2..s)

    i coeficientul stoechiometric al speciei Ai pozitiv pentru speciile produs care se formeaz n reacie negativ pentru speciile reactant care se consum n reacie nul (=0) pentru speciile inerte

  • N1(0) = N1,0 numrul de moli din specia de referin A1 aflai n masa de reacie n momentul iniial, = 0

    N1() numrul de moli din specia A1 aflai n masa de reacie n momentul oarecare =

    Se noteaz:

    n intervalul de timp 0 - , numrul de moli din specia A1 variaz cu valoarea diferenei:

    [N1() - N1,0 ]

  • Conform ecuaiei reaciei chimice (17), la variaia cu 1 mol a numrului de moli din specia A1 se va modifica numrul de moli din alt specie, i, cu valoarea raportului

    1 i

    De exemplu, pentru specia A2 se poate scrie:

    0,111

    20,22 NNNN

    (18)

    Se poate scrie urmtoarea relaie ntre variaiile numrului de moli ale tuturor speciilor chimice implicate n reacie:

    eNNNNNNNN

    s

    ss

    i

    ii

    0,0,

    2

    0,22

    1

    0,11 .................. (19)

    e() este gradul de avansare al reaciei chimice.

  • Proprieti ale gradului de avansare:

    - este o funcie de timp

    - este o variabil extensiv

    - are dimensiunile unui numr de moli

    - este esenial pozitiv i este nul n momentul iniial

    - este asociat reaciei i nu unei specii care particip la reacie

    - valoarea limit a gradului de avansare este determinat de echilibrul chimic sau consumarea reactantului limitativ

    Dac se noteaz:

    NL- numrul de moli de reactant limitativ

    L- coeficientul stoechiometric al reactantului limitativ n ecuaia reaciei chimice

  • Gradul de avansare al reaciei chimice se poate exprima n forma (eq. 20):

    L

    LL NNe

    0,

    (20)

    adic:

    eNN LLL 0, (21)

    n momentul n care reactantul limitativ s-a epuizat,

    NL() = 0

    iar gradul de avansare va nregistra valoarea maxim (eq. 22):

  • max0, eN LL

    L

    LNe

    0,max

    (22)

    Valoarea lui e () la care se atinge echilibrul poate fi sub valoarea emax coincidena fiind realizat numai dac reacia este complet.

  • 2.2. Gradul de transformare al unui reactant (CONVERSIA)

    Se consider masa de reacie n care se desfoar o singur reacie chimic, a crei ecuaie este de forma (17):

    0............2211 ssii AAAA (17)

    Ai - simbolul generic al speciei chimice i (i = 1, 2..s)i coeficientul stoechiometric al speciei Ai

  • Se noteaz:

    N1(0) = N1,0 numrul de moli din specia de referin A1 aflai n masa de reacie n momentul iniial, = 0

    N1() numrul de moli din specia A1 aflai n masa de reacie n momentul oarecare =

    n intervalul de timp 0 - , numrul de moli din specia A1 variaz cu valoarea diferenei:

    N1() - N1,0

  • se definete ca numrul de moli din acel reactant transformai (convertii) ntre momentul = 0 i un moment oarecare = ,plecnd de la 1mol din acel reactant.

    Conversia sau gradul de transformare a unui reactant

    0,0,

    0, 1i

    i

    i

    iii N

    NN

    NNX

    (18)

  • Proprieti:

    - conversia este o mrime intensiv, adimensional;- valoarea ei poate varia ntre 0 i 1;- nu se precizeaz n ce s-a transformat reactantul considerat;- este o funcie de timp;- trebuie specificat la ce reactant se refer;- dac se cunoate conversia n raport cu un reactant oarecare i se

    poate calcula uor conversia n raport cu orice alt reactant r i se poate determina compoziia masei de reacie.

    Conversia componentului i este (ec. 19):

    0,

    0,

    i

    iii N

    NNX

    (19)

  • Conversia componentului r este (ec. 20):

    0,

    0,

    r

    rrr N

    NNX

    (20)

    r

    r0,r

    i

    i0,i NNNN

    Se cunoate de la gradul de avansare c se poate scrie relaia (21):

    (21)

    care poate fi pus sub forma ec. (22):

    r0,rr

    ii0,i NNNN (22)

  • innd seama de relaiile (19-22), conversia reactantului i se poate exprima astfel (rel. 23, 24):

    ri

    rr

    i

    i XN

    NX

    0,

    0,

    (23a)

    (24)

    0,

    0,

    0,

    0,

    r

    r

    i

    rrr

    i

    i NN

    N

    NNX

    0,

    0,

    i

    iii N

    NNX

    0,i

    r0,rr

    i

    i N

    NNX

    (23)

  • Din expresia matematic (24) rezult Xr n funcie de conversia cunoscutXi (ec. 25):

    i

    rr

    i

    ir X

    N

    NX

    0,

    0,

    (25)

  • Conversia speciei chimice i , Xi poate fi corelat cu gradul de avansare al reaciei e() (ec. 26-29):

    0,

    0,

    i

    iii N

    NNX

    (26)

    i

    ii NNe

    0,

    (27)

    iii eNX 0, (28)

    (29) eN

    Xi

    ii

    0,

    i-reactant

  • Dac n reactor se produc R reacii liniar independente se poate defini:

    un grad de avansare pentru fiecare reacie n parteun grad de transformare al reactantului i pentru fiecare reacie n parteun grad de transformare global al reactantului i

    Nu mai este ns posibil calcularea compoziiei masei de reacie la momentul .

  • Noiuni introductive despre reactoare chimice

    Definiie i clasificare

    a) dup natura masei de reacie:reactoare omogenereactoare eterogene (neomogene)

    reactoare bifazice (G-L, L-S, G-S); reactoare trifazice (G-S-L); reactoare polifazice (G-L-L-S).

    b) dup regimul de circulaie a masei de reacie: reactoare cu recirculare; reactoare cu deplasare; reactoare mixte.

  • Cele dou modele extreme ale curgerii fluidelor n reactoare sunt:

    modelul curgerii cu deplasare total(piston, cu front plan de viteze)

    modelul curgerii cu amestecare perfect

    In reactoarele industriale, curgerea este complex, elementele de fluid descriind traiectorii diverse i, uneori, complicate.

    De aceea ecuaiile ce descriu din punct de vedere matematic procesul chimic care se desfoar ntr-un reactor au la baz modele ideale ale circulaiei mediului de reacie.

  • Modelul curgerii cu deplasare total (piston, cu front plan de viteze)

    Se caracterizeaz prin aceea c micarea (deplasarea, curgerea)fluidului n reactor se face n mod ordonat, toate elementele de

    volum a fluidului deplasndu-se cu aceeai vitez.

    Nu sunt admise fenomene cum ar fi: difuziunea n sensul de curgere sau viteze de curgere diferite pentru un element de fluid .

    Se poate considera c materia trece prin reactor ntr-un singur front.

    Parametrii de operare variaz pe lungimea reactorului, dar ntr-o seciune transversal a reactorului acetia sunt constani.

    a) b)a) b)