Расчет материального баланса реакции.

i – компонент;

j – реакция;

n_i – количество вещества в периодических реакторах.

Если процессы непрерывные, то используют мольный поток:

Реакция в общем виде:

υ_АА + υ_ВВ → υ_YY + υ_ZZ

Уравнение материального баланса в общем виде.

	A	B	Y	Z
Начало реакции τ = τ0	nA0	nB0	nY0	nZ0
Текущее время τ = τр	nA	nB	nY	nZ
Израсходовано/ образовалось	nA0 - nA = -(nA - nA0)	nB0 - nB = -(nB - nB0)	nY – nY0	nZ – nZ0
Стехиометрический коэффициент υi	υA	υB	υY	υZ

Существует правило, что υ_A и υ_B имеет отрицательные знаки (идет расход), а υ_Y и υ_Z – положительные.

|υ_i| – ?

|υ_A| = – υ_A

|υ_Y| = υ_Y

Материальная запись закона, что вещества вступают в реакцию в соответствии с их стехиометрическими коэффициентами.

n – полнота протекания реакции. Она всегда положительная и инвариантна относительно участников реакции.

Для непрерывных процессов:

– полнота протекания реакции.

По этим уравнениям, зная хотя бы для одного вещества F_i, F_i0 и рассчитав полноту протекания реакции, может определить текущие концентрации других веществ, зная из начальное количество.

Δn_i

– уравнение прямой

Обозначения:

А – реагент, который является дорогостоящим или определяющим основную схему реакции.

В – целевой продукт.

Когда анализируется сложная реакция, то необходимо определить количество стехиометрически независимых превращений – R.

Стехиометрически независимая реакция:

C₂H₅OH C₂H₄ + H₂O

2 C₂H₅OH (C₂H₅)₂O + H₂O

(C₂H₅)₂O C₂H₄ + C₂H₅OH

При определении стехиометрически независимых реакций необходимо отбросить те реакции, которые получаются в результате комбинации, то есть сложения, вычитания, умножения или деления стехиометрических множителей (коэффициентов других реакций).

Третья реакция не является независимой, так как её можно получить умножением стехиометрических коэффициентов на -1 из второй реакции.

Если вычесть из первой реакции вторую, что получим:

C₂H₅OH - 2 C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O - (C₂H₅)₂O - H₂O

- C₂H₅OH → C₂H₄ - (C₂H₅)₂O

(C₂H₅)₂O → C₂H₄ + C₂H₅OH

То есть, для данной реакции R = 2.

Правило: если в реакции получилось новое вещество, то оно должно быть стехиометрически независимой.

	Реакция
	1	2	3	4
C2H5OH	-1	-2	2	1
C2H4	1	0	0	1
(C2H5)2O	0	1	-1	-1
H2O	1	1	-1	0

Таблица – матрица. Нахождение ранга матрицы – математическая задача. Ранг матрицы равен R.

После расчета R и числа независимых реакций, необходимо найти ключевые вещества.

Ключевое вещество должно удовлетворять требованиям:

1. В каждой независимой реакции должно участвовать хотя бы одно ключевое вещество. В тоже время ключевое вещество, желательно, должно участвовать в одном или минимальном количестве уравнений.

2. Ключевые вещества должны легко определяться экспериментально.

3. Ключевое вещество должно участвовать только в одной реакции или в минимальном числе реакций.

4. Должно легко аналитически определяться.

Уравнение молярного баланса:

Для непрерывного процесса:

и

По всем реакциям:

В итоге получаем: