Как да изчислим добива в химически реактор?

Изчисляването на добива в химически реактор е основен аспект на химическото инженерство и индустриалната химия. Като водещ доставчик на химически реактори, ние разбираме значението на точните изчисления на добива за оптимизиране на производствените процеси, осигуряване на ефективност на разходите и поддържане на качеството на продукта. В този блог ще се задълбочим в различните методи и съображения за изчисляване на добива в химически реактор.

Разбиране на основите на добива в химичните реакции

Преди да се потопим в изчисленията, е от съществено значение да разберем различните видове добиви, които обикновено се използват в химичните реакции:

1. Теоретичен добив: Това е максималното количество продукт, който може да бъде получен от реакция, като се приеме, че реакцията отива до завършване, няма странични реакции и всички реагенти се преобразуват напълно в желания продукт. Изчислява се въз основа на стехиометрията на химическата реакция. Например, помислете за реакцията между водород и кислород за образуване на вода:

   • Балансираното химическо уравнение е (2H_ {2}+o_ {2} \ rightarrow2h_ {2} o). От стехиометрията 2 мола водород реагират с 1 мол кислород, за да произвеждат 2 мола вода. Ако започнем с 4 мола водород и 2 мола кислород, според стехиометрията, теоретичното количество произведена вода е 4 мола.

2. Действителен добив: Това е количеството продукт, което всъщност се получава от реакцията в реален световен сценарий. Обикновено е по -малък от теоретичния добив поради различни фактори като непълни реакции, странични реакции, загуби по време на процесите на разделяне и пречистване и експериментални грешки.

3. Процент добив: Това е мярка за ефективността на химическа реакция и се изчислява с помощта на формулата:

   • (\ Текст {процент добив} = \ frac {\ text {действителен добив}} {\ Текст {Теоретичен добив}} \ Times100%)

Фактори, влияещи върху добива в химичните реактори

Няколко фактора могат да повлияят на добива в химически реактор:

1. Кинетика на реакцията: Скоростта, с която се появява химическа реакция, може да повлияе на добива. Ако реакцията е твърде бавна, тя може да не достигне завършване в рамките на времето за реакция, което води до по -нисък действителен добив. Катализаторите могат да се използват за увеличаване на скоростта на реакцията и подобряване на добива. Например вКаталитичен реактор, катализатор се използва за ускоряване на реакцията.

2. Равновесие: За обратими реакции положението на химичното равновесие може да ограничи добива. Според принципа на Le Chatelier промените в температурата, налягането и концентрацията могат да изместят равновесието, за да благоприятстват образуването на продукти или реагенти. Например, в процеса на Haber - Bosch за синтеза на амоняк ((n_ {2}+3H_ {2} \ jightleftharpoons2nh_ {3})), високото налягане и ниската температура благоприятстват образуването на амоняк, но скоростта на реакцията е много бавна при ниски температури. Така че, трябва да се намери оптимален набор от условия.

3. Странична - реакции: Нежелана страна - Реакциите могат да консумират реагентите и да намалят добива на желания продукт. Например, при окисляването на алкохолите може да се случи над - окисляване, което води до образуването на карбоксилни киселини вместо желаните алдехиди.

   

4. Масово прехвърляне и смесване: В химически реактор правилното смесване на реагентите е от решаващо значение за ефективните реакции. Лошото смесване може да доведе до градиенти на концентрация, където някои части на реактора имат по -висока концентрация на реагенти, а други имат по -ниска концентрация. Това може да доведе до непълни реакции и по -ниски добиви.

Изчисляване на добива в различни видове химични реактори

Има различниВидове химични реактории методът за изчисляване на добива може да варира в зависимост от вида на реактора:

1. Партидни реактори:

   • В партиден реактор се добавя фиксирано количество реагенти към реактора в началото на реакцията и реакцията протича за определен период от време. За да изчислим добива в партиден реактор, първо определяме теоретичния добив въз основа на първоначалните количества реагенти и стехиометрията на реакцията.
   • Например, ако започнем с (n_ {a0}) молове на реагент a и реакцията е (aa \ rightarrow bb), теоретичният брой мола от продукт b, (n_ {b, th}) е даден от (n_ {b, th} = \ frac {b} {a} n_ {a0}), ако е ограничаващо.
   • След приключване на реакцията, ние измерваме действителното количество продукт B, (N_ {B, Act}). След това процентът добив се изчислява като (\ текст {процент добив} = \ frac {n_ {b, act}} {n_ {b, th}} \ times100%)

2. Непрекъснати разбъркани - Реактори на резервоара (CSTR):

   • В CSTR реагентите се похранват непрекъснато в реактора и продуктите се отстраняват непрекъснато. Изчисляването на добива в CSTR е по -сложно и включва разглеждане на дебита на реагентите и продуктите, както и конверсията на реагентите.
   • Нека (f_ {a0}) е скоростта на моларния поток на реагент, влизащ в реактора, и (f_ {a}) е скоростта на моларния поток на реагент, оставяйки реактора. Преобразуването на реагент a, (x_ {a}) се дава от (x_ {a} = \ frac {f_ {a0} -f_ {a}} {f_ {a0}})
   • Ако реакцията е (aa \ rightarrow bb), теоретичната скорост на моларния поток на продукт b, (f_ {b, th}) е (f_ {b, th} = \ frac {b} {a} (f_ {a0} -f_ {a}))))
   • След измерване на действителния моларен дебит на продукт b, (f_ {b, act}), процента добив е (\ текст {процент добив} = \ frac {f_ {b, act}} {f_ {b, th}} \ times100%)

3. Plug - Flow Reactors (PFRs):

   • В PFR реагентите текат през реактора по тапа - подобен, без смесване на гърба. Изчисляването на добива в PFR е подобно на това в CSTR, но включва интегриране на уравнението на скоростта на реакцията по дължината на реактора.
   • Преобразуването на реагентите в PFR може да бъде изчислено с помощта на дизайнерското уравнение за PFR. След като преобразуването е известно, теоретичните и действителните добиви могат да бъдат изчислени по подобен начин като в CSTR.

Казус: Изчисляване на добив в aКаталитичен реактор на леглото

Нека разгледаме каталитичен реактор на леглото, използван за дехидрогениране на циклохексан ((C_ {6} H_ {12} \ RightArrow C_ {6} H_ {6}+3H_ {2})))

1. Определете теоретичния добив:

   • Да предположим, че започваме с 10 мола циклохексан. От стехиометрията на реакцията 1 мол циклохексан произвежда 1 мол бензен. И така, теоретичният брой произведени бензен е 10 мола.

2. Измерете действителния добив:

   • След като реакцията приключи, анализираме продуктовата смес и установяваме, че сме получили 8 бензола.

3. Изчислете процента добив:

   • Използвайки формулата (\ текст {процент добив} = \ frac {\ text {действителен добив}} {\ text {theoretical доход}} \ times100%), получаваме (\ text {процент добив} = \ frac {8} {10} \ times100%= 80%)

Значение на изчислението на доходността за нашите клиенти

Точното изчисляване на добива е от решаващо значение за нашите клиенти в химическата индустрия. Помага им:

1. Оптимизиране на производствените процеси: Чрез изчисляване на добива клиентите могат да идентифицират факторите, които ограничават производството и да предприемат подходящи мерки за подобряване на ефективността на реакцията. Например, ако добивът е нисък поради лошото смесване, те могат да надстроят смесителното оборудване в реактора.

2. Контролни разходи: По -висок добив означава, че се получава повече продукт от същото количество реагенти, което намалява цената на суровините. Освен това помага за минимизиране на разходите за отпадъци и изхвърляне.

3. Осигурете качество на продукта: Изчисляването на добива може да се използва като индикатор за качеството на реакцията. Постоянният и висок добив често показва добре контролиран реакционен процес, който е от съществено значение за производството на висококачествени продукти.

Заключение

Изчисляването на добива в химически реактор е сложна, но съществена задача в химическото инженерство. Като доставчик на химически реактори ние се ангажираме да предоставим на нашите клиенти реактори с високо качество, които могат да им помогнат да постигнат оптимални добиви. Нашите реактори, включителноКаталитичен реактор,Видове химични реакторииКаталитичен реактор на леглото, са предназначени да отговарят на разнообразните нужди на химическата индустрия.

Ако се интересувате от подобряване на добива на вашите химически реакции и търсите надеждни химически реактори, ви каним да се свържете с нас за подробна дискусия. Екипът ни от експерти ще се радва да ви помогне да изберете подходящия реактор за вашето конкретно приложение и да ви предостави необходимата техническа поддръжка.

ЛИТЕРАТУРА

1. Fogler, HS (2016). Елементи на инженерството за химическа реакция. Prentice Hall.
2. Levenspiel, O. (1999). Инженеринг на химическа реакция. Уайли.