С лайд№21 до, далее слайд№22.

При большой разнице температур между 298 и Т, необходимо учитывать вид температурной зависимости , которая в технической и справочной литературе дается в виде температурного ряда, например:

- для органических соединений

,

(1.3 3)

- для неорганических соединений

.

(1.3 4)

 

Однако в результате химической реакции меняется теплоемкость участников реакции, тогда:

,

(1.3 5)

где Δа, Δв, Δс – разность сумм соответствующих коэффициентов в продуктов реакции и исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов.

Подставив уравнение (1.35) в (1.31), например, для органических соединений получим:

(1.3 6)

 

С лайд№22 до, далее Слайд№23.

В большинстве случаев для диапазона температур, не превышающего 100 К линейная интерполяция теплоемкостей веществ допускается.

Количество тепла, выделяемого или поглощаемого в химической реакции, можно определить по уравнению:

(1.3 7)

Или

,

(1.38)

где n_j – количество (в молях) образовавшегося продукта; n_{i ,0} – количество (в молях) реагента; x_i – степень конверсии реагента.

Основной целью расчета теплового баланса является определение тепла необходимого для нагревания и охлаждения аппарата Q_F. Например, для реакции

А + В = С + D – Q_p

(1.39)

Или

,

(1.40)

где   – конвективный перенос тепла. С лайд№23 до, далее Слайд№24.

Зная Q_F можно рассчитать необходимую поверхность теплообмена при заданном времени охлаждения или нагревания, или времени охлаждения (нагревания) при заданной поверхности в периодических процессах.

 

В обоих случаях исходят из общеизвестного уравнения теплопередачи:

· для периодических процессов

,

(1.41)

· для непрерывных процессов

.

(1.42)

В этом уравнении Q_F – количество передаваемого тепла; К – коэффициент теплопередачи; F – поверхность теплообмена; Δ t – средняя разность температур между реакционной массой и теплоносителем (хладагентом); τ – время проведения процесса.

Если возникает необходимость определения тепла на нагрев реакционной массы перед началом процесса или охлаждения ее в конце процесса, то для этих целей используют уравнение:

,

(1.43)

где m – масса веществ, входящих в состав реакционной массы;  - теплоемкость отдельных веществ; T _к и T _н – конечная и начальная температуры реакционной смеси.

 С лайд№24 до, далее Слайд№25.

Как уже отмечалось, энергетические расчеты предполагают также расчет расходов теплоносителей для обогрева реакционной массы или хладагентов для ее охлаждения.

 В качестве теплоносителей наиболее широко используется пар. Расход пара можно определить по уравнению:

,

(1.44)

где Q – расход тепла, кДж; y – теплосодержание пара, кДж/кг; t – температура конденсата, которую можно принять равной температуре пара, численно равная теплосодержанию конденсата в кДж/кг.

Наиболее распространенными охлаждающими агентами являются вода, рассол, воздух. Расход охлаждающих агентов определяется по формуле:       

,

(1.45)

где Q – количество тепла, которое надо отвести, кДж;  - теплоемкость охлаждающего агента; t _к и t _н – конечная и начальная температура хладагента, °С.

Вопросы и упражнения для самостоятельной

Проработки материала

1. Из каких основных стадий состоит химико-технологический процесс. В каких стадиях процесса участвуют химические реакции?

2. Какие вы знаете технологические критерии эффективности химико-технологического процесса? Дайте их определения.

3. В чем различие между полной (интегральной) и мгновенной (дифференциальной) селективностями?

4. Рассчитайте селективность по продукту, если при проведении последовательных реакций A → R + M (целевая); A → S + N (побочная) получено 40 кг продукта R и 105 кг продукта S?

5. Протекают последовательные реакции A + N → S + D целевым продуктом которых является вещество R. Определите выход продукта R, степень превращения x_A, если известен конечный состав реакционной смеси: n_{A ,0} = 2 кмоль, n_A = 0,5 кмоль.

6. Дайте определение скорости реакции и запишите их выражения для реагентов и продуктов реакции A + B → C + D.

7. Каким уравнением описывается зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ?

8. Сформулируйте закон сохранения массы вещества и запишите его для реакции A + R → N.

9. Как определяется полнота простой и сложной реакции?

10. Для каких целей используется закон Гесса? Запишите его уравнение для реакции A + B → R + N + Q_p.

11. Как определяется тепло, которое выделяется в процессе химической реакции и которое учитывается при составлении теплового баланса? Напишите уравнения.

12. Напишите уравнения Кирхгофа и проинтегрируйте его в различных вариантах.

13. Напишите уравнение теплового баланса для реакции A → B; A → S + R и прокомментируйте его.