Исходные величины и физический смысл
Для исходного примера заданы Объём реактора (л) — 10 л; Объёмный расход (л/с) — 1.2 л/с; A на входе (моль/л) — 0.95 моль/л; Путь первого порядка (1/с) — 0.14 1/с. Значения относятся к одному расчётному режиму и должны быть согласованы по температуре, составу и единицам измерения. Увеличение объёма обычно меняет время контакта, но математический эффект зависит от схемы перемешивания и порядка химического превращения.
Дополнительные параметры в этой модели: Путь второго порядка (л/(моль·с)) (л/(моль·с)). Пользователь задаёт только параметры, которые участвуют в вычислении. Измеренная кинетическая константа должна соответствовать конкретной реакции и её закону скорости: одинаковые числа при первом и втором порядке означают разные физические скорости. Для задачи «Селективность реактора смешения: пути первого и второго порядков» учитывают именно указанную схему потоков и реакции, а не усреднённый реактор.
Материальный баланс и математическая модель
Формула расчёта: Q(C₀−C)=V(k₁C+k₂C²). Она описывает принятую схему движения вещества и служит связью между входной подачей, превращением и составом выхода. Когда один побочный путь имеет второй порядок, высокая концентрация в CSTR меняет селективность в его пользу. Концентрацию нужно находить из совместного баланса двух реакций. Для проверки полезно убедиться, что вычисленный расход израсходованного реагента не превышает количество, поступающее с внешним свежим потоком.
При расчёте «Селективность реактора смешения: пути первого и второго порядков» концентрации приводятся к моль/л, а объёмные расходы — к л/с. Для проточной аппаратуры поток вещества равен произведению концентрации на объёмный расход. Там, где присутствует возврат или промежуточная подача, необходим отдельный баланс смешения: нельзя механически подставлять объёмный расход внешнего питания вместо фактического внутреннего расхода.
Контрольные числа и сравнение двух режимов
В первом контрольном опыте вычислено «Конверсия A, %» = 65.8073 и «A на выходе, моль/л» = 0.32483. Эти значения получены из полного набора полей формы; отдельное изменение только одного исходного числа позволяет проследить чувствительность результата без смешения нескольких причин.
Во втором контрольном опыте параметр «Объём реактора (л)» меняется с 10 на 20.7. Тогда показатель «Конверсия A, %» становится равным 77.5122. Остальные данные оставлены неизменными. Такое сравнение особенно полезно для подбора режима, но не учитывает возможную одновременную перестройку температуры, гидродинамики или свойств катализатора в настоящем аппарате.
Границы применимости и контроль достоверности
Для этой постановки приняты следующие ограничения: Два необратимых пути с разными порядками по A; равные стехиометрические коэффициенты образования продуктов. В промышленных реакторах могут возникать застойные зоны, обратное перемешивание, неодинаковая температура и побочные реакции. Калькулятор не выводит подобные явления из одних только концентрации, объёма и расхода. При выходе за область допущений модель следует расширить или заменить.
Проверка решения начинается с материального баланса: вещество не должно возникать из ничего, отрицательные концентрации недопустимы, а конверсия необратимого пути находится между нулём и ста процентами. Для реакций с несколькими продуктами сумма их молярных потоков должна соответствовать использованной стехиометрии. Отдельно проверяйте ограничения равновесия и не путайте суммарную конверсию с выходом нужного продукта. В модели «Селективность реактора смешения: пути первого и второго порядков» дополнительно сверяют расчётный показатель «Конверсия A, %» с технологическим балансом.
Формула расчёта
Q(C₀−C)=V(k₁C+k₂C²)
Проверенные примеры
Объём реактора (л) = 10 л; Объёмный расход (л/с) = 1.2 л/с; A на входе (моль/л) = 0.95 моль/л; Путь первого порядка (1/с) = 0.14 1/с; Путь второго порядка (л/(моль·с)) = 0.28 л/(моль·с)
Конверсия A, % = 65.8073; A на выходе, моль/л = 0.32483; B на выходе, моль/л = 0.378969; C на выходе, моль/л = 0.246201; Селективность по B, % = 60.6185
Объём реактора (л) = 20.7 л; Объёмный расход (л/с) = 1.2 л/с; A на входе (моль/л) = 0.95 моль/л; Путь первого порядка (1/с) = 0.14 1/с; Путь второго порядка (л/(моль·с)) = 0.28 л/(моль·с)
Конверсия A, % = 77.5122; A на выходе, моль/л = 0.213634; B на выходе, моль/л = 0.515927; C на выходе, моль/л = 0.220439; Селективность по B, % = 70.0639
Объём реактора (л) = 10 л; Объёмный расход (л/с) = 2.484 л/с; A на входе (моль/л) = 0.95 моль/л; Путь первого порядка (1/с) = 0.14 1/с; Путь второго порядка (л/(моль·с)) = 0.28 л/(моль·с)
Конверсия A, % = 51.8942; A на выходе, моль/л = 0.457005; B на выходе, моль/л = 0.257571; C на выходе, моль/л = 0.235423; Селективность по B, % = 52.2463
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Введите «Объём реактора» (л) в допустимом диапазоне.
- Введите «Объёмный расход» (л/с) в допустимом диапазоне.
- Введите «A на входе» (моль/л) в допустимом диапазоне.
- Введите «Путь первого порядка» (1/с) в допустимом диапазоне.
- Введите «Путь второго порядка» (л/(моль·с)) в допустимом диапазоне.
- Проверьте физические допущения и выходные показатели.