6.1.29 Ředění výchozí reakční směsi inertem pro dosažení žádané přeměny klíčové složky
Dehydrogenace cyklobutanu na cyklobuten probíhá v průtočném reaktoru za atmosférického tlaku a teploty 700 K. Rovnovážná konstanta této reakce má hodnotu 0,2032 pro standardní stav f° = 101,325 kPa. Vypočítejte, jakým množstvím inertu musíme zředit výchozí surovinu, abychom získali stupeň přeměny 0,5. Předpokládejte ideální chování.
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
Výsledek
a = 0,96 mol inertu na 1 mol cyklobutanu.
Postup
Sestavíme bilanční tabulku, kde nezapomeneme k celkovému látkovému množství v rovnováze přičíst neznámou hodnotu látkového množství inertu a. Dosadíme z ní do vztahu pro rovnovážnou konstantu (6.2) a řešíme neznámé látkové množství inertu a ze vztahu:
Řešení
Přítomnost inertního plynu ovlivní celkové látkové množství, a protože se při reakci mění součet stechiometrických koeficientů, ovlivní i rozsah reakce. Za základ výpočtu zvolíme 1 mol cyklobutanu. Má-li se přeměnit polovina původně přítomného cyklobutanu, znamená to, že při bilančním základu 1 mol cyklobutanu na počátku, je rozsah reakce ξ roven 0,5 mol. Látkovou bilanci sestavíme do tabulky:
Z této rovnice vypočítáme potřebné množství inertu a:
K dosažení požadovaného rozsahu přeměny musíme tedy použít 0,96 molu inertu na jeden mol cyklobutanu.
Pro srovnání vypočítáme rozsah reakce v případě, kdy se do reaktoru dávkuje pouze čistý cyklobutan. Pro látkovou bilanci v tomto případě platí tato tabulka:
Úpravou vypočítáme rozsah reakce podle vztahu
Vidíme, že u reakcí s kladnou změnou stechiometrických koeficientů ředění reakční směsi inertem zvyšuje rozsah přeměny reakce.