pliované hemié proesy Záladní pojmy, bilanování 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 1
Rozdělení systému z hledisa časového průběhu Vstup Výstup Spojitý Nespojitý Obeně neustálený ustálený vsádový periodiý nespojitý Bilane Vyjádření vantitativního uspořádání věí v prostoru a čase Bilanční rovnie Vstup + zdroj výstup + aumulae Co bilanujeme? extenzivní veličiny Kde bilanujeme? v bilančním systému Za ja dlouho bilanujeme? bilanční období 2
Bilane Počáteční množství množství veličiny, teré se nahází v bilanovaném systému v oamžiu začátu Konečné množství umulae - množství veličiny, teré přibude v bilanovaném systému Vstup množství veličiny, teré se přemístí z oolí bilanovaného systému do systému Výstup Zdroj množství veličiny, terá v systému vznine Proč bilanujeme? důležitost popisu našeho systému Bilane Vstup + zdroj výstup + aumulae. V. n i e + + rdv n dn Neprobíhá hemiá reae zdroj 0 Ustálený stav aumulae0 0 Vstupvýstup 3
Materiálová bilane Bilane hmotnosti a látového množství směsi a slože Přílad opravdu jednoduhé bilane Do ontinuální retifiační olony se nastřiuje směs obsahujíí 30 hm. % benzenu a 70 hmot. % toluenu. Destilát obsahuje 54 hmot. % benzenu a destilační zbyte 5 hmot. % benzenu. Koli proent benzenu obsaženého v nástřiu se zísá z destilátu? nástři destilát Výslede: W výtěže 91,8 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 2, teré je nutné pro další ro při výrobě yseliny sírové. S vzduh produt Výslede: P vzduh 75 mol.% 4
Hmotnostní bilane hemiého reatoru K výrobě yseliny sírové máme dispozii 1 tunu pyritové rudy, terá obsahuje 85 hmot. % FeS 2. V prvním stupni se tato ruda oxiduje na SO 2 ve 100 %-ním přebytu vzduhu. Konverze FeS 2 je 95 %. Určete složení výstupního plynu a odpadajíího popela. Pyrit. ruda Plynný produt vzduh Pevný produt Výslede: Plyn: N 2 73,36,O 2 11,5, SO 2 15,14 hmot.% Strusa: Fe 2 O 3 73,68, FeS 2 5,82, balast20,5 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. 5
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 Obená inetia Ryhlost vzniu složy Počet molů složy vznilé v jednote objemu reační směsi za jednotu času r [mol.m -3.s -1 ] Přímo měřitelná veličina 6
Ryhlost reae Definiční stehiometriá rovnie ν +ν B B ν C C+ν D D ryhlost reae r r ν rb ν hodnota ryhlosti závisí na použité stehiometrié rovnii B rc ν C rd ν D Ryhlostní rovnie Jednoduhá nevratná reae rf T (T)f ( i, j,..) ideální hování moleularita r moleularita i rea tanty B r 2 B r 2 +B C r B 7
Ryhlostní rovnie Empiriá ryhlostní rovnie reálný systém a B r a a + b B C řád reae r a B b vyjadřuje neideálnost ryhlosti reae na onentrai při ideálním hování je totožný s moleularitou může být neelistvý nutno experimentálně zjistit Ryhlostní rovnie Přeměna líčové složy x n 0 -n zreag η Konverze n0 n n 0 8
B Reae prvního řádu d 0 - zreag r r d 0 ( ) zreag zreag zreag ( ) 0 0 zreag t 0. e 0 t Reae prvního řádu 9
Reae druhého řádu zreag +B C d r 0 d r ( )( ) zreag B Bzreag t d ( 0 zreag ) 2 ( ) 0 zreag 0 B 0. t. 0 + 1 Reae druhého řádu 10
11 Reae zvratné +B C+D D C B d d r r r 2 1 2 1 ( ) 2 2 2 0 1 zreag zreag r 2 1 0 1 rovn + 1 2 0 1 Crovn + Zvratné reae
Reae následné B C d d C r 1 rc 2B 2 1 0 1 exp( 1t) + exp( 2t) 2 1 2 1 1 0 1 exp [ exp( t) ( t) ] B 2 2 1 Reae následné 1 2 1 << 2 12
Závislost reační ryhlosti na teplotě rrheniova rovnie e E RT Závislost reační ryhlosti na teplotě závislost na T (s-1) 140 120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 E40J E45J Teplota (Co) 13
Závislost reační ryhlosti na teplotě t, o C, s -1 Vypočítejte frevenční 20 7,9 fator a ativační energii 30 13 hemié reae 40 50 60 70 80 21,6 34,1 53 81,7 121,4 Vsádové systémy ryhlost hemié reae r V s dn t 1 ν o d r 14
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 dv r n0 n n +dn Průtočný ideálně míhaný reator n 0 n 1 15
Typy reaí a vhodné reatory fáze homogenní homogenní homogenní heterogenní heterogenní heterogenní heterogenní heterogenní fáze plyn apalina pevná Plyn+apalina Plyn+pevná Kapalina+pevná Kapalina+apalina všehny Reator ontinuální ontinuální,vsádový ontinuální,vsádový ontinuální ontinuální ontinuální,vsádový ontinuální,vsádový ontinuální,vsádový 16