التحويل (الكيمياء)

يُعدّ التحويل وما يرتبط به من مصطلحات مثل المردود والانتقائية مصطلحات مهمة في هندسة التفاعلات الكيميائية . ويتم وصفها على أنها نسب بين كمية المتفاعل الذي تم تفاعله ( X - التحويل، وعادة ما يكون بين الصفر والواحد)، وكمية المنتج المطلوب الذي تم تكوينه ( Y - المردود، وعادة ما يكون أيضًا بين الصفر والواحد)، وكمية المنتج المطلوب الذي تم تكوينه مقارنةً بالمنتج (المنتجات) غير المرغوب فيها ( S - الانتقائية).

توجد تعريفات متضاربة في الأدبيات العلمية لمصطلحي الانتقائية والإنتاجية، لذا ينبغي التحقق من التعريف الذي قصده كل مؤلف.

يمكن تعريف التحويل للمفاعلات (شبه) الدفعية والمستمرة، وكذلك على أنه تحويل فوري وإجمالي.

الافتراضات

تم وضع الافتراضات التالية:

يحدث التفاعل الكيميائي التالي:

\sum _{i=1}^{n}\nu _{i}A_{i}=\sum _{j=1}^{m}\mu _{j}B_{j}

،

أين $\nu _{i}$ و $\mu _{j}$ هي المعاملات القياسية. بالنسبة للتفاعلات المتوازية المتعددة، يمكن تطبيق التعريفات أيضًا، إما لكل تفاعل على حدة أو باستخدام التفاعل المحدد.

يفترض التفاعل الدفعي إضافة جميع المواد المتفاعلة في البداية.
يفترض التفاعل شبه الدفعي إضافة بعض المواد المتفاعلة في البداية وإضافة الباقي أثناء الدفعة.
يفترض التفاعل المستمر أن المواد المتفاعلة يتم تغذيتها وأن المنتجات تغادر المفاعل بشكل مستمر وفي حالة مستقرة .

تحويل

يمكن تقسيم التحويل إلى تحويل فوري وتحويل كلي. في العمليات المستمرة، يكون التحويلان متطابقين، بينما توجد اختلافات جوهرية في العمليات الدفعية وشبه الدفعية. علاوة على ذلك، بالنسبة للمتفاعلات المتعددة، يمكن تعريف التحويل على أنه كلي أو لكل متفاعل على حدة.

تحويل فوري

نصف دفعة

في هذا السياق توجد تعريفات مختلفة. أحد هذه التعريفات يعتبر التحويل الفوري نسبة المبلغ المحول فورياً إلى المبلغ المُدخل في أي وقت:

X_{i,{\text{inst}}}={\frac {{\dot {n}}_{i,{\text{react}}}}{{\dot {n}}_{i,{\text{in}}}}}

.

مع ${\dot {n}}_{i}$ كما هو الحال مع تغير عدد المولات مع مرور الوقت للأنواع i.

يمكن أن تصبح هذه النسبة أكبر من 1. ويمكن استخدامها للإشارة إلى ما إذا كانت الخزانات قد تراكمت، ومن الناحية المثالية تكون قريبة من 1. وعندما يتوقف التغذية، فإن قيمتها غير محددة.

في عملية البلمرة شبه الدفعية ، يتم تعريف التحويل الفوري على أنه الكتلة الإجمالية للبوليمر مقسومة على الكتلة الإجمالية للمونومر المغذي: ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

X_{\text{poly}}={\frac {m_{\text{Pol}}}{\sum _{i}\int _{0}^{t}{\dot {m}}_{i,{\text{in}}}(\tau )d\tau }}

.

التحويل الإجمالي

الدفعة (هذا هو الشكل المذكور عمومًا)

X_{i}={\frac {n_{i}(t=0)-n_{i}(t)}{n_{i}(t=0)}}=1-{\frac {n_{i}(t)}{n_{i}(t=0)}}

نصف دفعة

التحويل الكلي للصيغة:

X_{i}={\frac {n_{i}(t=0)+\int _{0}^{t}{\dot {n}}_{i,{\text{in}}}(\tau )d\tau -n_{i}(t)}{n_{i}(t=0)+\int _{0}^{t_{\text{end}}}{\dot {n}}_{i,{\text{in}}}(\tau )d\tau }}

التحويل الكلي للمواد المتفاعلة المغذاة:

X_{i}={\frac {n_{i}(t=0)+\int _{0}^{t}{\dot {n}}_{i,{\text{in}}}(\tau )d\tau -n_{i}(t)}{n_{i}(t=0)+\int _{0}^{t}{\dot {n}}_{i,{\text{in}}}(\tau )d\tau }}

مستمر (هذا هو الشكل الشائع)

X_{i}={\frac {{\dot {n}}_{i,in}-{\dot {n}}_{i,out}}{{\dot {n}}_{i,in}}}=1-{\frac {{\dot {n}}_{i,out}}{{\dot {n}}_{i,in}}}

أَثْمَر

يشير المردود عمومًا إلى كمية ناتج محدد ( p في 1..m ) المتكونة لكل مول من المتفاعل المستهلك (التعريف 1 ^{[ 3 ]} ). ومع ذلك، يُعرَّف أيضًا بأنه كمية الناتج المُنتَج لكل كمية من الناتج التي كان من الممكن إنتاجها (التعريف 2). إذا لم يتفاعل كل المتفاعل المحدد ، فإن التعريفين يتعارضان. كما أن الجمع بين هذين التعريفين يعني ضرورة مراعاة القياسات الكيميائية، وأن المردود يجب أن يستند إلى المتفاعل المحدد ( k في 1..n ) .

مستمر

Y_{p}={\frac {{\dot {n}}_{p,{\text{out}}}-{\dot {n}}_{p,{\text{in}}}}{{\dot {n}}_{k,{\text{in}}}\underbrace {-n_{k,{\text{out}}}} _{\text{only for Definition 1}}}}\left|{\frac {\mu _{k}}{\nu _{p}}}\right|

النسخة الموجودة عادةً في الأدبيات:

Y_{p}={\frac {{\dot {n}}_{p,{\text{out}}}-{\dot {n}}_{p,{\text{in}}}}{{\dot {n}}_{k,{\text{in}}}}}\left|{\frac {\mu _{k}}{\nu _{p}}}\right|

الانتقائية

الانتقائية الفورية هي معدل إنتاج أحد المكونات لكل معدل إنتاج مكون آخر.

فيما يخص الانتقائية الكلية، لا تزال مشكلة تضارب التعريفات قائمة. يُعرَّف الانتقائية عمومًا بأنه عدد مولات الناتج المطلوب لكل مول من الناتج غير المطلوب (التعريف 1 ^{[ 3 ]} ). ومع ذلك، يُستخدم تعريفان آخران: الأول هو إجمالي كمية المتفاعل اللازمة لتكوين الناتج لكل إجمالي كمية المتفاعل المستهلك (التعريف 2)، والثاني هو إجمالي كمية الناتج المطلوب المتكون لكل إجمالي كمية المتفاعل المحدد المستهلك (التعريف 3). ويتطابق هذا التعريف الأخير مع التعريف 1 الخاص بالناتج.

دفعة واحدة أو نصف دفعة

النسخة الموجودة عادةً في الأدبيات:

S_{p}={\frac {n_{p}(t=0)-n_{p}(t)}{n_{k}(t=0)+\int _{0}^{t}{\dot {n}}_{k,{\text{in}}}(\tau )d\tau -n_{k}(t)}}\left|{\frac {\mu _{k}}{\nu _{p}}}\right|

مستمر

النسخة الموجودة عادةً في الأدبيات:

S_{p}={\frac {{\dot {n}}_{p,{\text{out}}}-{\dot {n}}_{p,{\text{in}}}}{{\dot {n}}_{k,{\text{in}}}-{\dot {n}}_{k,{\text{out}}}}}\left|{\frac {\mu _{k}}{\nu _{p}}}\right|

مزيج

بالنسبة للمفاعلات الدفعية والمستمرة (يجب فحص المفاعلات شبه الدفعية بعناية أكبر) والتعريفات المحددة على أنها تلك الموجودة بشكل عام في الأدبيات، يمكن دمج المفاهيم الثلاثة:

Y_{p}=X_{i}\cdot S_{p}

بالنسبة لعملية ذات تفاعل واحد فقط

{\ce {A -> B}}

هذا يعني أن S = 1 و Y = X.

مثال تجريدي

بالنسبة للمثال المجرد التالي والكميات الموضحة على اليمين، يمكن إجراء الحساب التالي باستخدام التعريفات المذكورة أعلاه، سواء في مفاعل دفعي أو مفاعل مستمر .

{\ce {A -> B}}

{\ce {A -> C}}

المنتج المطلوب هو B.

يوجد 100 مول من المادة A في بداية التفاعل أو عند مدخل المفاعل المستمر، و10 مول من A و72 مول من B و18 مول من C في نهاية التفاعل أو عند مخرج المفاعل المستمر. وقد وُجد أن الخصائص الثلاث هي:

X_{{\ce {A}}}={\frac {n_{{\ce {A}}}(t=0)-n_{A}(t)}{n_{{\ce {A}}}(t=0)}}=1-{\frac {n_{{\ce {A}}}(t)}{n_{{\ce {A}}}(t=0)}}={\frac {100-10}{100}}=0.9=90\%

Y_{{\ce {B}}}={\frac {n_{{\ce {B}}}(t)-n_{{\ce {B}}}(t=0)}{n_{{\ce {A}}}(t=0)+\int _{0}^{t}{\dot {n}}_{{\ce {A,{in}}}}(\tau )d\tau }}\left|{\frac {\mu _{k}}{\nu _{p}}}\right|={\frac {72-0}{100+0}}\cdot {\frac {1}{1}}=0.72=72\%

S_{{\ce {B}}}={\frac {{n}_{{\ce {B}}}(t=0)-{\dot {n}}_{{\ce {B}}}(t)}{{\dot {n}}_{{\ce {A}}}(t=0)-n_{{\ce {A}}}(t)}}\left|{\frac {\mu _{k}}{\nu _{p}}}\right|={\frac {0-72}{100-10}}\cdot {\frac {1}{1}}=0.8=80\%

العقار $Y_{p}=X_{i}\cdot S_{p}$ في هذا التفاعل، يتم تحويل (استهلاك) 90% من المادة A، ولكن 80% فقط من هذه النسبة (90%) تتحول إلى المادة B المطلوبة، بينما يتحول 20% إلى نواتج ثانوية غير مرغوب فيها C. لذا، فإن نسبة تحويل A هي 90%، وانتقائية B هي 80%، ونسبة إنتاج المادة B هي 72%.

الأدب

فيرنر كولباخ: Mengenberechnungen in der Chemie . فيرلاج كيمي، واينهايم 1980، ISBN 3-527-25869-8.
إيبرهارد أوست، بوركهارد بيتنر: Stöchiometrie - Chemisches Rechnen ، CICERO-Verlag، Pegnitz، 4. Auflage، 2011، ISBN 978-3-926292-47-6.
Uwe Hillebrand: Stöchiometrie , Eine Einführung in die Grundlagen mit Beispielen und Übungsaufgaben, 2. Aufl., Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2009, ISBN 978-3-642-00459-9.

مراجع

↑ لازاريديس، نيكوس؛ أليكسوبولوس، أليك هـ.؛ كيباريسيدس، كوستاس (2001). "البلمرة المشتركة شبه الدفعية لمستحلب أسيتات الفينيل وأكريلات البوتيل باستخدام مواد فعالة سطحية غير أيونية قليلة الوحدات". كيمياء وفيزياء الجزيئات الكبيرة . 202 (12): 2614-2622 . doi : 10.1002/1521-3935(20010801)202:12 < 2614::AID-MACP2614 > 3.0.CO ; 2-E .
↑ واين ف. ريد، ألينا م. ألب: "مراقبة تفاعلات البلمرة: من الأساسيات إلى التطبيقات"، وايلي، 2014
1 2 فوغلر، إتش. سكوت (1992). عناصر هندسة التفاعلات الكيميائية ( الطبعة الثانية). إنجلوود كليفس، نيوجيرسي: برنتيس هول. ISBN 9780132635349.

[1] لازاريديس، نيكوس؛ أليكسوبولوس، أليك هـ.؛ كيباريسيدس، كوستاس (2001). "البلمرة المشتركة شبه الدفعية لمستحلب أسيتات الفينيل وأكريلات البوتيل باستخدام مواد فعالة سطحية غير أيونية قليلة الوحدات". كيمياء وفيزياء الجزيئات الكبيرة . 202 (12): 2614-2622 . doi : 10.1002/1521-3935(20010801)202:12 < 2614::AID-MACP2614 > 3.0.CO ; 2-E .

[2] واين ف. ريد، ألينا م. ألب: "مراقبة تفاعلات البلمرة: من الأساسيات إلى التطبيقات"، وايلي، 2014

[fogle-3] 1 2 فوغلر، إتش. سكوت (1992). عناصر هندسة التفاعلات الكيميائية ( الطبعة الثانية). إنجلوود كليفس، نيوجيرسي: برنتيس هول. ISBN 9780132635349.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	12 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗