ΣΙΣΛΟ ΜΑΘΗΜΑΣΟ: ΥΗΜΙΚΔ & ΒΙΟΥΗΜΙΚΔ ΓΙΔΡΓΑΙΔ ΔΝΟΣΗΣΑ: ο Μέρος ΟΝΟΜΑ ΚΑΘΗΓΗΣΗ: ΑΘΑΝΑΙΑ ΣΔΚΔΡΛΔΚΟΠΟΤΛΟΤ ΣΜΗΜΑ: Σμήμα Γιατείριζης Περιβάλλονηος και Φσζικών Πόρων ΑΓΡΙΝΙΟ
Σο παρόν εκπαιδεσηικό σλικό σπόκειηαι ζε άδειες τρήζης reaive ommons. Για εκπαιδεσηικό σλικό, όπως εικόνες, ποσ σπόκειηαι ζε άλλοσ ηύποσ άδειας τρήζης, η άδεια τρήζης αναθέρεηαι ρηηώς.
Σο παρόν εκπαιδεσηικό σλικό έτει αναπηστθεί ζηα πλαίζια ηοσ εκπαιδεσηικού έργοσ ηοσ διδάζκονηα. Σο έργο «Ανοικηά Ακαδημαϊκά Μαθήμαηα ζηο Πανεπιζηήμιο Παηρών» έτει τρημαηοδοηήζει μόνο ηη αναδιαμόρθωζη ηοσ εκπαιδεσηικού σλικού. Σο έργο σλοποιείηαι ζηο πλαίζιο ηοσ Δπιτειρηζιακού Προγράμμαηος «Δκπαίδεσζη και Για Βίοσ Μάθηζη» και ζσγτρημαηοδοηείηαι από ηην Δσρωπαϊκή Ένωζη (Δσρωπαϊκό Κοινωνικό Σαμείο) και από εθνικούς πόροσς. 3
Λέκηορας ηοσ Σμήμαηος Γιατείριζης Περιβάλλονηος & Φσζικών Πόρων 64 744 aeerle@uparas.gr
Με βϊςη το μηχανιςμό τησ αντύδραςησ ό/και τον αριθμό των ςτοιχειομετρικών εξιςώςεων ταξινομούνται:
Με βϊςη τον αριθμό των μορύων που πραγματικϊ ςυμμετϋχουν ςε μια αντύδραςη, δηλαδό τη μοριακότητα τησ αντύδραςησ, οι αντιδρϊςεισ διακρύνονται ςε: Ανϊλογα με τισ θερμοκραςιακϋσ ςυνθόκεσ που επικρατούν ςτον αντιδραςτόρα οι χημικϋσ αντιδρϊςεισ διακρύνονται ςε: Ανϊλογα με τον αριθμό των φϊςεων που ςυνυπϊρχουν ςτο χημικό αντιδραςτόρα, οι χημικϋσ αντιδρϊςεισ διακρύνονται ςε: Με βϊςη τη παρουςύα η μη κϊποιου καταλύτη οι αντιδρϊςεισ ταξινομούνται ςε:
Οι χημικού αντιδραςτόρεσ μπορούν να ταξινομηθούν ςε οριςμϋνεσ γενικϋσ κατηγορύεσ ανϊλογα: Αντιδραςτόρεσ ςυνεχούσ λειτουργύασ με τον τρόπο λειτουργύασ τουσ Αντιδραςτόρεσ ημι-ςυνεχούσ λειτουργύασ Αντιδραςτόρεσ αςυνεχούσ λειτουργύασ τον αριθμό των φϊςεων που ςυνυπϊρχουν ςτον αντιδραςτόρα τα πρότυπα ροόσ και ανϊπτυξησ τη μεταβολό ό όχι τησ θερμοκραςύασ Ομογενεύσ Αντιδραςτόρεσ Ετερογενεύσ Αντιδραςτόρεσ Αντιδραςτόρεσ Πλόρουσ ανϊμιξησ Αντιδραςτόρεσ Εμβολικόσ ροόσ Ιςοθερμοκραςιακού Αντιδραςτόρεσ Μη Ιςοθερμοκραςιακού Αντιδραςτόρεσ
Αντιδραςτόρεσ αςυνεχούσ λειτουργύασ και πλόρουσ ανϊμιξησ (ach reacor) Φρηςιμοποιούνται για αντιδρϊςεισ που τελούνται ςε υγρό φϊςη και ςτην παραγωγό μικρών ποςοτότων ειδικών προώόντων (φϊρμακα, πολυμερό, κλπ). Φαρακτηρύζονται από υψηλό κόςτοσ λειτουργύασ
Αντιδραςτόρεσ αςυνεχούσ λειτουργύασ και πλόρουσ ανϊμιξησ (ach reacor) Πλήρησ κύκλοσ Υόρτωςη του αντιδραςτόρα με τα αντιδρώντα υλικϊ Σϋλεςη τησ χημικόσ αντύδραςησ (-ςεων) Απομϊκρυνςη των προώόντων τησ αντύδραςησ Καθαριςμόσ και προετοιμαςύα του αντιδραςτόρα Σο αντιδρών μύγμα αναδεύεται ςυνεχώσ, ϋτςι ώςτε η ςυγκϋντρωςη των αντιδρώντων και η θερμοκραςύα να εύναι ανεξϊρτητεσ τησ θϋςησ ςτον αντιδραςτόρα.
Αντιδραςτόρεσ ημι-ςυνεχούσ λειτουργύασ και πλόρουσ ανϊμιξησ (Semi-ach reacor) Η ημι-ςυνεχήσ λειτουργία ενόσ αντιδραςτήρα μπορεί να οφείλεται: τη ςυνεχό απομϊκρυνςη των προώόντων τησ αντύδραςησ, (π.χ., αερύων, ςτερεού ιζόματοσ), που ςχηματύζονται κατϊ τη διϊρκεια τησ λειτουργύασ του αντιδραςτόρα. τη ςυνεχό προςθόκη ενόσ ό περιςςοτϋρων αντιδραςτηρύων ςτον αντιδραςτόρα. τη ςυνεχό προςθόκη αντιδραςτηρύων και ταυτόχρονη απομϊκρυνςη προώόντων από τον αντιδραςτόρα. Ο ρυθμόσ ειςαγωγόσ μϊζασ ςτο ςύςτημα δεν εύναι ύςοσ με το ρυθμό απομϊκρυνςησ μϊζασ από αυτό. Φαρακτηρύζονται για τουσ ςχετικϊ χαμηλούσ ρυθμούσ παραγωγόσ και το υψηλό κόςτοσ λειτουργύασ τουσ.
Αντιδραςτόρεσ ςυνεχούσ λειτουργύασ και πλόρουσ ανϊμιξησ (oninuous Sirred Tan Reacor, STR) Μόνιμη κατϊςταςη : η ειςροό μϊζασ ςτον αντιδραςτόρα εύναι ςταθερό και ύςη με την εκροό μϊζασ απ αυτόν. Οι ςυγκεντρώςεισ των αντιδρώντων και των προώόντων, όπωσ επύςησ η θερμοκραςύα του αντιδρώντοσ μύγματοσ, εύναι ανεξϊρτητεσ τησ θϋςησ τουσ ςτο χώρο του αντιδραςτόρα. Κατϊλληλο για τη διεξαγωγό χημικών αντιδρϊςεων που λαμβϊνουν χώρα ςε υγρό φϊςη. Η θερμοκραςύα και οι ςυγκεντρώςεισ όλων των ςυςτατικών ςτην ϋξοδο του αντιδραςτόρα εύναι ύδιεσ με εκεύνεσ που επικρατούν μϋςα ςτον αντιδραςτόρα.
υςτοιχύα αντιδραςτόρων ςυνεχούσ λειτουργύασ και πλόρουσ ανϊμιξησ (STR ςε ςειρϊ) Εφαρμογή όταν: ο απαιτούμενοσ όγκοσ του αντιδραςτόρα εύναι μεγϊλοσ η αντύδραςη εύναι ιςχυρϊ εξώθερμη Απαιτεύται καλύτερη ανϊμιξη και ϋλεγχοσ των ςυνθηκών αντύδραςησ
Αντιδραςτόρεσ εμβολικόσ ροόσ / αυλωτού αντιδραςτόρεσ (Plug Flow Reacor, PFR) Οι ςυγκεντρώςεισ των αντιδραςτηρύων και η θερμοκραςύα μεταβϊλλονται κατϊ την αξονικό κατεύθυνςη, αλλϊ εύναι ανεξϊρτητεσ τησ ακτινικόσ τουσ θϋςησ ςτον αντιδραςτόρα. Απλόσ αυλόσ με/ό χωρύσ μανδύα ψύξησ-θϋρμανςησ Κατηγορύεσ Αντιδραςτόρασ του τύπου εναλλϊκτησ κϋλυφοσ-αυλού
Ετερογενεύσ αντιδραςτόρεσ Αντιδραςτόρεσ ςταθερόσ κλύνησ (fixed bed reacors) Αντιδραςτόρεσ ρευςτοςτερεϊσ κλύνησ (fluidized bed reacors) Τψηλό κόςτοσ καταςκευόσ
Νόμοσ οριςμϋνων αναλογιών Έκταςη τησ αντύδραςησ ςε κλειςτό ςύςτημα Έκταςη τησ αντύδραςησ ςε ανοιχτό ςύςτημα
Μηδενική τάξη: Ο ρυθμόσ ανεξϊρτητοσ των ςυγκεντρώςεων των αντιδρώντων. r d Η ολοκλόρωςη με αρχικό ςυνθόκη d r d Η ςυγκϋντρωςη ελαττώνεται γραμμικϊ με το χρόνο ΦΡΟΝΟ ΗΜΙΖΩΗ ( /) / / / /
Πρώτη τάξη: d r Η ολοκλόρωςη με αρχικό ςυνθόκη e e n n n n n n d d r
Πρώτη τάξη: d r e ΦΡΟΝΟ ΗΜΙΖΩΗ ( /) / / / / / / n n n e e
Δεύτερη τάξη: ΤΥΠΟΣ Ι d r Η ολοκλόρωςη με αρχικό ςυνθόκη d d r ΦΡΟΝΟ ΗΜΙΖΩΗ ( /) / Α + Α Προώόντα
Δεύτερη τάξη: ΤΥΠΟΣ ΙΙ αα + bβ r d Προώόντα () Αρχικό ςυνθόκη Εϊν ξ η ϋκταςη τησ αντύδραςησ τότε: Ν Α = Ν Α - α ξ Ν Β = Ν Β - b ξ Διαιρώ με τον όγκο V (ςταθερόσ) οπότε: Α = Α - α/v ξ = - b/v ξ () (3) d d a V d a V d a V d d a V d (4) Αντικαθιςτώ την (), (3), (4) ςτην () :
αα + bβ Προώόντα n n a b Για = ξ= Για a V Οπότε: V b V a d V a
Αμφίδρομεσ αντιδράςεισ Β d r ' ε ςταθερό όγκο και εφόςον ο αριθμόσ των moles εύναι ςταθερόσ ' ' ' d d ε ιςορροπύα ' ',,, ', () () Αντικαθιςτώ την () ςτην ():
d d ε μόνιμη κατϊςταςη d ) ( ) (,, ', d d υνεπώσ: Λύνοντασ την εξύςωςη:
n,,
Πολύπλοκεσ αντιδράςεισ Παράλληλεσ Β d d d () (3) () Διαιρώ την () με την () x d d d d d d Όπου X παριςτϊνεται η ςυνολικό μετατροπό του Α ςε Β και Η απόδοςη του Β εύναι x x (Για = =, = =)
Διαιρώ την (3) με την () c x d d d d d d Η απόδοςη του εύναι x x Η ολικό εκλεκτικότητα του Β εύναι x x x
Πολύπλοκεσ αντιδράςεισ Επάλληλεσ 3 Β D (Για = =, = =) d d 3 D d 3 () () (3) Διαιρώ την () με την () d d 3 Διαιρώ την () με την () D d d 3 3 3 x 3 3 3 3 D D D x
Σημείωμα Ιζηορικού Εκδόζεων Έργοσ Σο παπόν έπγο αποηελεί ηην η έκδοζη. Σημείωμα Αναθοράς opyrigh Πανεπιζηήμιο Παηπών, ΑΘΑΝΑΙΑ ΣΔΚΔΡΛΔΚΟΠΟΤΛΟΤ, «ΥΗΜΙΚΔ & ΒΙΟΥΗΜΙΚΔ ΓΙΔΡΓΑΙΔ». Έκδοζη:.. Αγπίνιο 5. Γιαθέζιμο από ηη δικηςακή διεύθςνζη: hps://eclass.uparas.gr/courses/env8/index.php Σημείωμα Αδειοδόηηζης Σο παπόν ςλικό διαηίθεηαι με ηοςρ όποςρ ηηρ άδειαρ σπήζηρ reaive ommons Αναθοπά Γημιοςπγού, Απαγόπεςζη Δμποπικήρ Υπήζηρ και Όσι Παπάγωγα Έπγα. Δξαιπούνηαι ηα αςηοηελή έπγα ηπίηων π.σ. θωηογπαθίερ, διαγπάμμαηα κ.λ.π., ηα οποία εμπεπιέσονηαι ζε αςηό και ηα οποία αναθέπονηαι μαζί με ηοςρ όποςρ σπήζηρ ηοςρ ζηο «ημείωμα Υπήζηρ Έπγων Σπίηων». «Το σλικό ηης παροσζίαζης προέρτεηαι από ηις πανεπιζηημιακές παραδόζεις ηοσ καθηγηηή Δ. Καραμάνη».