Основные показатели ХТП

Основные показатели ХТП с разных сторон характеризуют полноту использования возможностей осуществления конкретной химической реакции.

Степень превращения (х) – это доля исходного реагента, использованного на химическую реакцию.

,

G_н – общее количество исходного вещества в начале процесса; G_к – количество исходного вещества, оставшееся в конце процесса.

Таким образом, степень превращения реагента показывает, насколько полно в ХТП используется исходное сырьё.

Чаще в химической реакции участвует не один, а два (или больше) реагента. Степень превращения может быть рассчитана по первому, второму или третьему реагенту.

Выходом продукта Вназывают отношение реально полученного количества целевого продукта к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при данных условиях осуществления химической реакции.

Для химической реакции максимальное количество продукта (теоретический выход) определяется по уравнению реакции по основному исходному веществу. В качестве основного исходного вещества принимается, ткак правило, наиболее ценный компонент реакционной смеси. Например, для промышленной реакции 2SO₂ + O₂ = 2SO₃ основным реагентом считают диоксид серы, т.к. второй реагент – кислород – поступает в составе воздуха и является менее ценным

Различают выход продукта в расчёте на пропущенное сырьё (В_проп.) и выход продукта на прореагировавшее (разложенное) сырьё (В_разл.).

Разберём это на примере процесса дегидрирования н-бутана:

Основную реакцию этого процесса упрощённо можно выразить уравнением:

1. СН₃-СН₂-СН_2-СН₃ → СН₂=СН-СН₂-СН₃ + Н₂ - Q₁

Целевым продуктом является бутен-1.

Основная реакция сопровождается побочными реакциями, из которых можно выделить разрыв по С-С связи н-бутана с образованием продуктов крекинга – этилена и этана:

2. СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ → СН₂=СН₂ + СН₃-СН₃ – Q₂

Реакция 1 является обратимой, поэтому помимо основного и побочного продукта в реакционной смеси будет также находиться не вступивший в реакцию н-бутан в равновесной концентрации.

Схематично этот процесс можно отобразить следующим образом:

СН₂=СН-СН₂-СН₃ + Н₂

основной продукт

СН₃-СН₂-СН_2-СН₃ СН₂=СН₂ + СН₃-СН₃

сырьё побочные продукты

СН₃-СН₂-СН_2-СН₃

непревращённое сырьё

 

или сокращённо:

 

 

пропущено баланс получено

20 г

н-С₄Н₈

осн. продукт (б)

80 г 10 г

н-С₄Н₁₀ С₂Н₄ + С₂Н₆

сырьё (А) побочн. продукты (ПП)

50 г

н-С₄Н₁₀

непревращ. сырьё (а)

Итого: 80 г.

80 г = 80 г

Допустим, на дегидрирование подали 80 г н-бутана. В результате реакции получили продукт, состоящий из 20 г н-бутилена, 10 г побочных продуктов (этилен + этан) и 50 г непрореагировавшего н-бутана.

Выход бутилена в расчёте на пропущенное сырьё – н-бутан – составит:

В_проп. = * 100% = 25% масс.

В_проп. = 25% масс.

или в общем виде:

В_проп. =% ( I.1)

где: б – количество полученного (целевого) продукта;

а – количество пропущенного сырья.

Выход продукта на пропущенное сырьё – отношение количества полученного целевого продукта «б» к количеству пропущенного сырья «А», выраженное в процентах.

Выход бутилена на превращённое (или на разложенное) сырьё:

В_разл. = % = % = 66,6% масс.

где: 30 г – количество прореагировавшего н-бутана.

В_разл. = 66,6% масс.

Или в общем виде:

В_разл = % ( I.1)

где: б – количество полученного целевого продукта, в граммах;

А – количество пропущенного сырья, г;

а – количество непревращённого сырья, г.

Выход продукта на разложенное сырьё – отношение количества полученного целевого продукта «б» к количеству разложенного сырья (А – а), выраженное в процентах.

Конверсия сырья α–степень разложения сырья. Она равна отношению количества разложенного сырья к количеству пропущенного сырья, выраженному в процентах.

В числовом примере:

37,5% масс.

α = 37,5%масс.

или в общем виде:

( I.3)

Между выходом и конверсией существует аналитическая связь:

В_проп. = _разл. ( I.4),

если все три показателя выражены в массовых процентах,

или

В_проп. = α·В_разл. ( I.5),

если показатели выражены в долях единицы.