Konverze (chemie) - Conversion (chemistry)
Konverze a související pojmy výtěžek a selektivita jsou důležité pojmy v chemickém reakčním inženýrství. Jsou popsány jako poměry toho, kolik reaktantu reagovalo (X - konverze, obvykle mezi nulou a jednou), kolik požadovaného produktu bylo vytvořeno (Y - výtěžek, obvykle také mezi nulou a jednou) a kolik požadovaného produktu bylo vytvořeno v poměru k nežádoucímu produktu (produktům) (S - selektivita).
V literatuře existují konfliktní definice selektivity a výtěžku, proto by měla být ověřena definice každého autora.
Konverzi lze definovat pro (polo) dávkové a kontinuální reaktory a jako okamžitou a celkovou konverzi.
Předpoklady
Jsou vytvořeny následující předpoklady:
- Probíhá následující chemická reakce:
- ,
kde a jsou stechiometrické koeficienty. Pro více paralelních reakcí lze také použít definice, a to buď na reakci, nebo pomocí omezující reakce.
- Dávková reakce předpokládá, že všechny reaktanty jsou přidány na začátku.
- Semi-dávková reakce předpokládá, že některé reaktanty jsou přidány na začátku, zbytek je přiváděn během vsázky.
- Kontinuální reakce předpokládá, že reaktanty jsou přiváděny a produkty opouštějí reaktor kontinuálně a dovnitř ustálený stav.
Konverze
Konverzi lze rozdělit na okamžitou a celkovou konverzi. Pro kontinuální procesy jsou dva stejné, pro dávkové a polodávkové existují důležité rozdíly. U více reaktantů lze dále definovat konverzi celkově nebo na reaktant.
Okamžitá konverze
Semi-Batch
V tomto nastavení existují různé definice. Jedna definice považuje okamžitou konverzi za poměr okamžitě převedeného množství k množství přiváděnému v kterémkoli okamžiku:
- .
s jako změna krtků s časem druhů i.
Tento poměr může být větší než 1. Může být použit k indikaci, zda jsou vytvořeny nádrže, a je ideálně blízko 1. Když se krmení zastaví, jeho hodnota není definována.
V semi-batch polymerisation je okamžitá přeměna definována jako celková hmotnost polymeru děleno celkovou hmotou přiváděného monomeru:[1][2]
- .
Celková konverze
Dávka (Toto je obecně uvedená forma)
Semi-Batch
Celková konverze formulace:
Celková přeměna přiváděných reaktantů:
Kontinuální (Toto je obecně uvedená forma)
Výtěžek
Výtěžek obecně se vztahuje na množství konkrétního produktu (str v 1..m) vytvořený na mol spotřebovaného reaktantu (definice 1[3]). Je však také definováno jako množství produktu vyrobeného na množství produktu, které by mohlo být vyrobeno (definice 2). Pokud ne všechny omezující reaktant reagoval, obě definice si odporují. Kombinace těchto dvou také znamená, že je třeba vzít v úvahu stechiometrii a že výtěžek musí být založen na omezujícím reaktantu (k v 1..n):
Kontinuální
Verze běžně nalezená v literatuře:
Selektivita
Okamžitá selektivita je rychlost produkce jedné složky na rychlost produkce jiné složky.
Pro celkovou selektivitu existuje stejný problém konfliktních definic. Obecně je definován jako počet molů požadovaného produktu na počet molů nežádoucího produktu (definice 1[4]). Používají se však definice celkového množství reaktantu za vzniku produktu na celkové množství spotřebovaného reaktantu (definice 2) a také celkové množství požadovaného produktu vytvořeného na celkové množství spotřebovaného omezujícího reaktantu (definice 3). Tato poslední definice je stejná jako definice 1 pro výnos.
Dávkové nebo polodávkové
Verze běžně nalezená v literatuře:
Kontinuální
Verze běžně nalezená v literatuře:
Kombinace
U vsádkových a kontinuálních reaktorů (u semi-vsádek je třeba pečlivěji kontrolovat) a definice označené jako ty, které se obecně nacházejí v literatuře, lze tyto tři koncepty kombinovat:
Pro proces s jedinou reakcí
to znamená, že S= 1 a Y=X.
Abstraktní příklad
Pro následující abstraktní příklad a množství znázorněná vpravo lze provést následující výpočet s výše uvedenými definicemi, a to buď v dávkovém nebo kontinuálním reaktoru.
B je požadovaný produkt.
Na začátku nebo na vstupu do kontinuálního reaktoru je 100 mol A a na konci reakce nebo na výstupu z kontinuálního reaktoru 10 mol A, 72 mol B a 18 mol C. Zjistilo se, že jsou tři tyto vlastnosti:
Vlastnictví drží. Při této reakci se přemění (spotřebuje) 90% látky A, ale pouze 80% z 90% se přemění na požadovanou látku B a 20% na nežádoucí vedlejší produkty C. Takže přeměna A je 90%, selektivita pro B 80% a výtěžek látky B 72%.
Literatura
- Werner Kullbach: Mengenberechnungen in der Chemie. Verlag Chemie, Weinheim 1980, ISBN 3-527-25869-8.
- Eberhard Aust, Burkhard Bittner: Stöchiometrie - Chemisches Rechnen, CICERO-Verlag, Pegnitz, 4. Auflage, 2011, ISBN 978-3-926292-47-6.
- Uwe Hillebrand: Stöchiometrie, Eine Einführung in die Grundlagen mit Beispielen und Übungsaufgaben, 2. Aufl., Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2009, ISBN 978-3-642-00459-9.
Reference
- ^ Lazaridis et al .: „Semi-batch emulzní kopolymerace vinylacetátu a butylakrylátu za použití oligomerních neiontových povrchově aktivních látek“, Macromol. Chem. Phys. 2001, 202, 2614-2622
- ^ Wayne F. Reed, Alina M. Alb: „Monitorování polymerizačních reakcí: od základů k aplikacím“, Wiley, 2014
- ^ Fogler, H .: „Elements of Chemical Reaction Engineering“, 2. vydání, Prentice Hall, 1992
- ^ Fogler, H .: „Elements of Chemical Reaction Engineering“, 2. vydání, Prentice Hall, 1992