Исходные величины и физический смысл
Для исходного примера заданы Реакционный объём (л) — 10 л; Подача смеси (л/с) — 1.4 л/с; A на входе (моль/л) — 1 моль/л; Константа пути A→B (1/с) — 0.15 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: Константа пути A→C (1/с) (1/с); Молярная масса B (г/моль) (г/моль). 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 «Выход и селективность двух параллельных реакций в реакторе вытеснения» учитывают именно указанную схему потоков и реакции, а не усреднённый реактор.
Материальный баланс и математическая модель
Формула расчёта: X=1−exp(−(kB+kC)τ); SB=kB/(kB+kC). Она описывает принятую схему движения вещества и служит связью между входной подачей, превращением и составом выхода. При двух параллельных путях исчезновение исходного реагента нельзя приравнивать к выходу нужного продукта. Селективность определяется соотношением кинетических констант путей. Для проверки полезно убедиться, что вычисленный расход израсходованного реагента не превышает количество, поступающее с внешним свежим потоком.
При расчёте «Выход и селективность двух параллельных реакций в реакторе вытеснения» 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, %» = 76.0349 и «Селективность по B, %» = 75. 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 «Реакционный объём (л)» меняется с 10 на 20.7. Тогда показатель «Конверсия A, %» становится равным 94.8033. 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: Реакции параллельны и необратимы, кинетика обоих путей первого порядка. 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 «Выход и селективность двух параллельных реакций в реакторе вытеснения» дополнительно сверяют расчётный показатель «Конверсия A, %» с технологическим балансом.
Формула расчёта
X=1−exp(−(kB+kC)τ); SB=kB/(kB+kC)
Проверенные примеры
Реакционный объём (л) = 10 л; Подача смеси (л/с) = 1.4 л/с; A на входе (моль/л) = 1 моль/л; Константа пути A→B (1/с) = 0.15 1/с; Константа пути A→C (1/с) = 0.05 1/с; Молярная масса B (г/моль) = 62 г/моль
Конверсия A, % = 76.0349; Селективность по B, % = 75; Поток B, моль/с = 0.798366; Поток C, моль/с = 0.266122; Массовая производительность B, г/с = 49.4987
Реакционный объём (л) = 20.7 л; Подача смеси (л/с) = 1.4 л/с; A на входе (моль/л) = 1 моль/л; Константа пути A→B (1/с) = 0.15 1/с; Константа пути A→C (1/с) = 0.05 1/с; Молярная масса B (г/моль) = 62 г/моль
Конверсия A, % = 94.8033; Селективность по B, % = 75; Поток B, моль/с = 0.995434; Поток C, моль/с = 0.331811; Массовая производительность B, г/с = 61.7169
Реакционный объём (л) = 10 л; Подача смеси (л/с) = 2.898 л/с; A на входе (моль/л) = 1 моль/л; Константа пути A→B (1/с) = 0.15 1/с; Константа пути A→C (1/с) = 0.05 1/с; Молярная масса B (г/моль) = 62 г/моль
Конверсия A, % = 49.849; Селективность по B, % = 75; Поток B, моль/с = 1.08347; Поток C, моль/с = 0.361156; Массовая производительность B, г/с = 67.175
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Введите «Реакционный объём» (л) в допустимом диапазоне.
- Введите «Подача смеси» (л/с) в допустимом диапазоне.
- Введите «A на входе» (моль/л) в допустимом диапазоне.
- Введите «Константа пути A→B» (1/с) в допустимом диапазоне.
- Введите «Константа пути A→C» (1/с) в допустимом диапазоне.
- Введите «Молярная масса B» (г/моль) в допустимом диапазоне.
- Проверьте физические допущения и выходные показатели.