pliované hemié proesy Záladní pojmy, bilanování Inženýrsé myšlení Popis průmyslovýh aparátů + Popis hem. a fyz. dějů v proeseh Přesná formulae problému + návrh správného řešení Průběh vývoje tehnologie
Operae Chemié děje - reatory Mehanié děje doprava,míhání,filtrae,mletí,usazování.. Difúzní děje extrae,destilae,rystalizae,sušení Tepelné děje hlazení,zahřívání,ondenzae,odpařování Popis tehnologie (systému) maximální výtěže x minimální nálady Množství a složení proudů Výhozí láty, produty, odpady (materiálová bilane) Spotřeba energie Pára, hladíí voda, eletriá energie,hladíí vzduh (entalpiá bilane) Průmyslové aparáty jednotlivýh operaí Výon, typ, rozměry, příon míhadla (onstruční a ontrolní výpočet) Nálady Suroviny, energie, investie, mzdy (eonomiá bilane) Eonomiá efetivnost proesu Kalulae náladů a eny výrobu Nálady na suroviny Nálady na energie Odpisy a údržba Nálady na praovní síly Materiálová režie Výrobní nálady + Celopodniová režie-správa, náup, odbyt Úplné vlastní nálady + Zis Cena
Veliost výrobní apaity Rozdělení systému - podle výměny hmoty a energie Otevřený systém může se svým oolím vyměňovat hmotu a energii v průběhu časového období bilanování Uzavřený systém nemůže se svým oolím vyměňovat hmotu v průběhu časového období bilanování, ale energii vyměňovat může Izolovaný systém nemůže se svým oolím vyměňovat hmotu ani energii v průběhu časového období bilanování Rozdělení systému z hledisa časového průběhu Vstup Výstup Spojitý Nespojitý Obeně neustálený ustálený vsádový periodiý nespojitý 3
Tehnologié shéma-označení aparátů nádoba s míhadlem C retifiační, absorpční olona E výmění tepla F H J K P filtr zásobní vývěva ompresor čerpadlo R reator R,, R,,R, Pa, Pb Tehnologié shéma ilane Vyjádření vantitativního uspořádání věí v prostoru a čase ilanční rovnie Vstup + zdroj = výstup + aumulae Co bilanujeme? extenzivní veličiny Kde bilanujeme? v bilančním systému Za ja dlouho bilanujeme? bilanční období 4
ilane Počáteční množství množství veličiny, teré se nahází v bilanovaném systému v oamžiu začátu Konečné množství (analogiy) umulae - množství veličiny, teré přibude v bilanovaném systému Vstup množství veličiny, teré se přemístí z oolí bilanovaného systému do systému Výstup (analogiy) Zdroj množství veličiny, terá v systému vznine Proč bilanujeme? důležitost popisu našeho systému Ostatní definie Stehiometrie reae / stehiom. množství n + n = n C C + n D D Limitujíí reatant / reatant v přebytu přebyte P = (n i dodaný n i potřeb. )/n i potřeb. Ryhlost reae r = r /-n = r /-n = r C /n C = r D /n D Rozsah reae x = (n i -n i )/n i (reační obrat) Konverze (podíl zreagované výhozí láty) X nebo z = (n -n )/n = - x n /n Klíčová složa (přítomná v nejmenším stehiometriém množství) Výtěže množství zísaného produtu (vztažené e steh. množství) Seletivita r hlavní /r vedlejší Přílad Stehiom. oefiienty a = ; b = mol nástři ; 9 % onverze po průhodu reatoru; nezreagovaný je oddělen (se % účinností) a vraí se do retoru. Celová onverze je % R F reator separae P 5
ilane Vstup + zdroj = výstup + aumulae. n i rdv n dn Neprobíhá hemiá reae zdroj = Ustálený stav aumulae = V. e Vstup=výstup Materiálová bilane ilane hmotnosti a látového množství směsi a slože (Přílad opravdu jednoduhé bilane) Do ontinuální retifiační olony se nastřiuje směs obsahujíí 3 hm. % benzenu a 7 hm. % toluenu. Destilát obsahuje 54 hm. % benzenu a destilační zbyte 5 hm. % benzenu. Koli proent benzenu obsaženého v nástřiu se zísá z destilátu? nástři destilát Výslede: W výtěže = 9,8 hmot.% zbyte Látová bilane hemiého reatoru Síra se spaluje v proudu yslíu (vzduhu). Jaý musí být přebyte vzduhu, aby výstupní plyny ze spalovaí pee obsahovaly taové množství SO, teré je nutné pro další ro při výrobě yseliny sírové? S vzduh produt Výslede: P vzduh = 75 mol.% 6
Hmotnostní bilane hemiého reatoru K výrobě yseliny sírové máme dispozii tunu pyritové rudy, terá obsahuje 85 hm. % FeS. V prvním stupni se tato ruda oxiduje na SO ve %ním přebytu vzduhu. Konverze FeS je 95 %. Určete složení výstupního plynu a odpadajíí strusy. Pyrit. ruda Plynný produt vzduh Pevný produt Výslede: Plyn: N = 73,36,O =,5, SO =5,4 hmot.% Strusa: Fe O 3 = 73,68, FeS =5,8, balast=,5 hmot.% Materiálová bilane doporučený postup Nareslení bilančního shéma, označení uzlů, proudů a slože. Zápis předpoladů. Zápis stehiometriýh rovni hemiýh reaí. Volba záladu výpočtu. Volba typu bilane (hmotnostní x látová). Přepočet vstupníh dat. Zápis matie zadání. Sestavení bilančníh rovni a dodatečnýh vztahů. Řešení soustavy rovni. Kontrola správného výpočtu. Miroinetia a maroinetia Miroinetié prvy Stejné ve všeh zařízeníh Souvisí s hováním moleul Fyziální hemie Ryhlostní onstanta, difuzní oefiient Maroinetié prvy Závislé na onrétním zařízení Souvisí se soustavou jao elem(veliost reatoru) Chemié inženýrství Objem reatoru, oefiienty přestupu 7
Klasifiae hemiýh reaí Obená hledisa: homogenní Podle počtu fází: heterogenní Podle způsobu provedení: způsob přetržitý (vsádový, jednorázový) způsob nástřiový způsob nepřetržitý (průtoový, ontinuální) izotermní Podle reačníh podmíne: adiabatié izohorié izobarié Klasifiae hemiýh reaí Kinetiá hledisa: Podle způsobu ativae: neovlivňují polohu hemié rovnováhy tepelná ativae ativae pomoí jinýh reaí ativae pomoí atalyzátorů Podle reačního řádu: posouvají rovnováhu (vnášejí směrovanou energii) ativae světlem ativae eletriou energií ativae jaderným zářením ativae vysooenergetiými částiemi ativae ultrazvuem Podle způsobu provedení: jednoduhé (izolované) složité (simultálnní) protisměrné paralelní následné Podle reačního mehanismu: elementární neelementární Obená inetia Ryhlost vzniu složy Počet molů složy vznilé v jednote objemu reační směsi za jednotu času r [mol.m -3.s - ] Přímo měřitelná veličina 8
Ryhlost reae Definiční stehiometriá rovnie n + n n C C + n D D ryhlost reae r r r hodnota ryhlosti závisí na použité stehiometrié rovnii rc rd C D Ryhlostní rovnie Jednoduhá nevratná reae r=f T (T)f ( i, j,..) ideální hování moleularita r r= r= +C moleularita i reatanty r= Ryhlostní rovnie Empiriá ryhlostní rovnie reálný systém a r= a a + b C r= a b řád reae vyjadřuje neideálnost závislosti ryhlosti reae na onentrai při ideálním hování je totožný s moleularitou může být neelistvý nutno experimentálně zjistit 9
Ryhlostní rovnie Přeměna líčové složy Dn =n -n X Konverze n n n Závislost reační ryhlosti na teplotě rrheniova rovnie e E RT Závislost reační ryhlosti na teplotě
Závislost reační ryhlosti na teplotě t, o C, s - 7,9 3 3 4,6 5 34, 6 53 7 8,7 8,4 Vypočítejte předexponeniální frevenční fator a ativační energii hemié reae Pozor na správné pojmenování! předexponeniální fator Z frevenční fator r steriý fator Reae prvního řádu r d d t. e t Reae prvního řádu
Reae druhého řádu d r. t. + C d r x x dx ( x)( x ) ln ( ) t Reae druhého řádu Srovnání reaí různýh řádů = (oresp. řádu reae), = mol/dm 3. řád. řád. řád t / (s).5.693
3 Reae zvratné + C+D D C d d r r r zreag zreag r / rovn / Crovn Zvratné reae Reae následné C d r C C d r ) exp( ) exp( t t t t exp exp
Reae následné = << Reae bočné C - > -C Vsádové systémy (TCH) ryhlost hemié reae dn rv s t o d r velmi vhodné pro studium inetiy reaí (možno volit onentrae jednotlivýh slože pro aždou reai) Spe. typ nástřiové / otevřené reatory (rozpustnost, prudá reae, tla, inhibie, následné reae) 4
Nepřetržitě prováděné reae d r Tato definie reační ryhlosti není vhodná pro průtočné systémy. V těhto systémeh se ustaví za určitou dobu staionární stav. Složení, teplota a ryhlost reae nejsou v daném místě funí času. Ryhlost reae se pa vyjadřuje na záladě nástřiu líčové složy, její onverze a objemu reatoru. Nepřetržitě prováděné reae Průtočný reator s pístovým toem (PFR) dv r n n n +dn Průtočný ideálně míhaný reator (CSTR) n n Typy reaí a vhodné reatory fáze fáze Reator homogenní plyn ontinuální homogenní apalina ontinuální,vsádový homogenní pevná ontinuální,vsádový heterogenní Plyn+apalina ontinuální heterogenní Plyn+pevná ontinuální heterogenní Kapalina+pevná ontinuální,vsádový heterogenní Kapalina+apalina ontinuální,vsádový heterogenní všehny ontinuální,vsádový 5