『壹』 什麼是化學計量方程
化學計量學計算的基礎方程。設反應組分(反應物及反應產物)A1,A2,…An間進行一個化學反應,根據反應前後反應物系的質量保持不變(核反應除外),即反應物消失的質量恆等於反應產物生成的質量,其化學計量方程可以下列通式表示:
v1A1+v2A2+…+vnAn=0 (1)
或 (la)
式中vi為反應組分Ai的化學計量系數;Ai為反應物時,vi<0;Ai為反應產物時,vi>0;Ai若為惰性組分則vi=0。如將反應物集中在左端,而反應產物全部移至右端,(1)式即是通常的化學方程式。化學計量方程僅表示反應過程中反應組分摩爾質量變化的比例關系,而不反映反應實際進行的機理。
如在n個反應組分間存在著m個相互獨立的化學反應,則有如下的化學計量方程: (2)
式中vij為第j個反應中反應組分Ai的化學計量系數。 表示反應進行程度的變數。若物系中只含一個反應,則用一個變數即可描述反應進行的程度;若為多個反應,則反應進程變數數目應等於獨立反應數。常用的反應進程變數有:①反應進度。指反應組分的變化量與其化學計量系數之比,是一個廣度變數,單位為mol。反應進度是對一個反應而言的,若有m個獨立反應,相應的有m個反應進度。根據反應進度可以計算任何反應組分的變化量。②轉化率。某一反應物的反應量與其初始量之比。轉化率為一強度因素,其值小於或等於 1。除非初始反應物系中各反應物的比例符合化學計量系數比,否則按不同反應物計算的轉化率的數值是不同的。③收率。為生成某一反應產物所消耗某一反應物的摩爾量與該反應物的初始摩爾量之比。收率亦為強度因素,其值小於或等於1。若按重量來計算收率,稱為重量收率,當產物的分子量大於反應物的分子量時,則其值可能大於 1。④選擇率。為生成某一反應產物所消耗某一反應物的摩爾量與該反應物轉化的摩爾量之比。選擇率也是強度因素,其值小於或等於1。
根據轉化率、收率和選擇率的定義可知,收率等於轉化率與選擇率的乘積。
具有循環過程的反應系統,反應器流出的物料分離出大部分產品後,又回到反應器進口處。所以,進入反應器的物料組成將不同於進入反應系統的原料組成,反應器出口的物料組成也不同於離於反應系統的物料組成。以反應器進出口為基準計算的收率和轉化率,分別稱為單程收率和單程轉化率。如以進出反應系統的物料來計算轉化率和收率,則分別稱為全程轉化率和全程收率。
反應進度是根據反應來定義,而轉化率、收率和選擇率則是按反應組分來定義,因此兩類反應進程變數不應混用。