Reactoare Chimice

Transformarea chimica este naturala sau poate fi artificial , adica special condusa de om in scopul obtinerii unor produse utile.Industria chimica se preocupa de utilizarea si dirijarea transformarilor chimice in scopul obtinerii de produse utile.In aceasta activitate elemental principal e reactorul chimic.

Reactorul chimic este spatiul in care se desfasoara un process chimic condus in scopul obtinerii de produse utile.Nu toate utilajele in care se desfasoara procese chimice se numesc reactoare.

Prin process chimic se intelege atat recatia propriuzisa cat si procesele de transfer de masa si energie si impuls care il insotesc.

Reactia chimica

Clasificarea reactiilor chimice

a)in functie de nr ecuatiilor chimice necesare pt a descrie transformarea chimica :

-reactii singulare (acid+baza = sare +apa)

-reactii multiple : 1) paralele (descompunerea hidrocarburilor : C3H8↔C3H6+H2 si C3H8↔C2H4+CH4

2)successive(reactii de alchilare ,dehidrogenare : C4H10↔C4H8+H2 si C4H8↔C4H6+H2

3)parallel-succesive (reactii de clorurare a hidrocarburilor : C6H5-CH3 +Cl2 C6H5-CH2Cl +HCl si C6H5- CH2Cl +Cl2 C6H5-CHCl2 +HCl )

b)dupa modul de desfasurare :

-reactii ireversibile (reactii de oxidare : C3H8 +5O2 3CO2+4H2O )

-reactii reversibile (ROH + R’COOH↔ RCOOR’ + H2O )

c)in functie de efectul termic :

-reactii endoterme ,au loc cu absortie de caldura (reactii de cracare a alcanilor sau reactii de dehidrogenare) Reactia de dehidrogenare a etilbenzenului cu obtinere de stiren este o reactie endoterma : C6H5-C2H5↔ C6H5-C2H3 + H2 ).

-reactii exoterme ,au loc cu degajare de caldura (reactii de oxidare Tot o reactie exoterma este alchilarea benzenului la etilbenzen : C6H6 + C2H4 ↔ C6H5-C2H5 )

d)dupa complexitate (dupa nr de ecuatii chimice necesare descrierii mecanismului de reactie)

-reactii elementare (o singura reactie chimica e suficienta pt descrierea mecanismului reactiei : Cl2 (hν) 2Cl-

-reactii neelementare (reactii de dehidroclorurare : C2H4Cl2↔C2H3Cl +HCl ).

e)in functie de nr fazelor existente in amestecul de reactie:

-reactii omogene (se desfasoara intr-o singura faza Ca exemplu mentionam reactia de cracare termica a hidrocarburilor care se desf in faza gazoasa )

-reactii eterogene (exista mai multe faze in mediu de reactie Ca exemplu mentionam sinteza acidului sulfuric ,la care reactantii se gasesc in faza gazoasa si lichida )

f)dupa molecularitate (dupa nr de molecule reactante participante la recatie)

-reactii monomoleculare (de cracare a hidrocarburilor : C3H8↔C2H4+CH4 )

-reactii bimoleculare (reactii de clorurare : C2H4+Cl2↔C2H4Cl2 )

-reactii trimoleculare (obtinerea sulfatului de amoniu din ammoniac si acid sulfuric)

-reactii plomimoleculare

Stoechiometria reactiilor chimice

Stoechiometria reactiei exprima din punct de vedere cantitativ , relatia care exista intre speciile participante la reactie , sau altfel spus , stoechiometria precizeaza rapoartele molare in care se combina reactantii si respective se formeaza produsii de reactie.

νi = coeficienti stoechiometrici ; Ai = specii chimice

ν1A1 + ν2A2 + νiAi = 0.

ΣνjAj =0 , j=1 - pentru reactii singulare

νj < 0 pt reactanti , j=1,k

νj >0 pt produsi de reactie , j=k+1 s

Aj – speciile participante la reactai chimica ; νj – coeficient stoechiometric al speciei Aj ; s- nr de specii chimice participante la reactie ; j – indice ce se refera la toti componentii din sistem.

ΣνijAj =0 ; j=1,s ; i=1,r - pentru reactii multiple ; unde νij – coeficientul stoechiometric al speciei j in reactia i ; i = nr ecuatiilor chimice si j = nr de specii chimice. In cazul reactiilor multiple , coeficientii stoechiometrici formeaza un tablou numit matricea coeficientilor stoechiometrici.Matricea are atatea linii , cate reactii chimice descriu transformarea , nr coloanelor fiind egal cu cel al speciilor chimice implicate in transformare.

[νij] = matricea

[νij] = ν11 ν12 ν13 ν1j

ν21 ν22 ν23 ν2j

νr2 νr3 νrs

In aceasta matrice , fiecare linie este constituita din coeficientii stoechiometrici ai celor s specii chimice ,corespunzatori fiecarei reactii.Elementele unui vector coloana sunt coeficienti stoechiometrici ai unei specii chimice in fiecare din reactiile chimice. Un vector linie e format din coeficientii intr-o singura reactie pt fiecare specie chimica in parte.

[Asx1] = vector coloana al speciilor chimice

[Asx1] = A1

As

Daca inmultim cele 2 matrici : [νixj] x [Asx1] = [0r x1]

Nr reactiilor chimice stoechiometric independente este egal cu rangul matricei Rangul poate fie gal cu nr ecuatiilor chimice stoechiometric independente ; sau nr ecuatiile stoechiometric indepedente sa fie mai mic decat rangul matricei , astfel ca trebuie determinat rangul

Determinarea rangului se face cu metoda triangularizarii daca matricea este patratica.Numarul elementelor nenule de pe diagonal da rangul matricelor in cazul matricei patratice.

Daca matricea nu este patratica luam determinant cu determinant si aflam rangul.

Nr reactiilor chimice independente din sistem este dat de nr vectorilor independenti ce exista in matricea coeficientilor stoechiometrici.

Ecuatiile liniar independente reprezinta nr minim necesar de ecuatii chimice pt a caracteriza din pdv stoechiometric transformarea chimica intr-un sistem de reactii multiple.

Caracterizarea cantitativa a transformarii chimice

Compozitia amestecului de reactie se poate exprimata prin :nr. de moli , prin intermediul masei , cu ajutorul fractiei molare , fractiei de masa sau prin intermediul procentelor ( de masa , volum , molare )

Daca reactorul este operat in regim continuu se vor utilize debite ( raportul dintre cantitatea de substanta si unitate de timp ) masice , volumice , molare

Masura transformarii chimice dintr-un sistem de reactie se poate exprima prin intermediul marimii extensive numita grad molar de avansare al reactiei (ξ ) (depinde de cant de subst prezenta in reactor), sau prin intermediul marimii intensive numita conversie (X).