Ще до розрахунку складу рівноважної суміші можна визначити напрям хімічної реакції в залежності від температури, тиску і складу вихідної суміші на підставі принципу Ле-Шательє. Цей принцип можна сформулювати одним із таких способів: «якщо на систему, що знаходиться в стійкому рівновазі, впливати ззовні ніж змінювати умов, то в системі посилиться то напрямок процесу, протягом якого послаблює вплив виробленого впливу, і положення рівноваги зміститься в тому ж напрямку ».
При відомих константі рівноваги і початковому складі реакційної суміші (рi і С0i) можна розрахувати її рівноважний склад і; виходи хi і рівноважну ступінь перетворення Х *. Також можна знайти їх залежності від умов проведення процесу.
Якщо при газофазной реакції не змінюється обсяг реакційної суміші, то просто слід замінити парціальні тиску на рівноважні ступеня перетворення у вигляді
ПРИКЛАД 1.5. Для газофазной реакції
Знайти рівноважну ступінь перетворення і склад реакційної суміші, якщо Кр = 15 і реакція протікає при загальному тиску 0,12 МПа.
РІШЕННЯ. При рівновазі маємо
Отримане квадратне рівняння вирішується відомим способом
При надлишку одного з реагентів використовують їх мольное співвідношення
ПРИКЛАД 1.6. Розрахувати склад рівноважної суміші реакції попереднього прикладу, якщо реагент В взято з дворазовим молярним надлишком.
РІШЕННЯ. Розглянемо молярні співвідношення реагенту В
Таким чином видно, що для реакцій при постійному обсязі прі не мінливому числі молей ступінь перетворення не залежить від початкового тиску, а при надлишку одного з реагентів процес зсувається вправо, відповідно до правила Ле-Шательє.
Якщо обсяг реакційної суміші при газофазних реакціях змінюється, то дещо змінюється і розрахунок. Його проводять за допомогою коефіцієнта зміни обсягу e, висловлюючи через нього (див. Стор. 61 і 62).
У термодинаміки часто користуються парціальними молярними балансами, складеними на моль ключового компонента.
При розведенні реакційної суміші інертними компонентами в парціальний молярний баланс слід ввести доданок
проводиться при загальному тиску р і молярної співвідношенні бензолу і водню у вихідній суміші b. Розрахувати рівноважну ступінь перетворення бензолу. якщо Кр = 13800 МПа -3. b = 3 і b = 10; р = 0,1 і р = 2 МПа.
РІШЕННЯ. Скласти парціальний молярний баланс і визначити рівноважний парціальний тиск реагенту А
Константа рівноваги виразиться рівнянням
Рівняння можна звести до одного рівняння з одним невідомим
Це рівняння четвертого ступеня можна вирішити наближеними методами. З усіх чотирьох коренів умові задовольняє тільки один. Виведемо всі дійсні рішення в таблицю.
Як видно напрямок реакції підпорядковується правилу Ле-Шательє.
Для будь-яких жидкофазная реакцій обсяг реакційної суміші зазвичай постійний, що дає можливість замінити парціальні тиску на об'ємні концентрації або атомні частки.
ПРИКЛАД 1.8. Для рідкофазної реакції
визначити склад рівноважної суміші, якщо КС = 4 при чотириразовому надлишку бензолу (В).
РІШЕННЯ. Вихідна концентрація діетілбензола (А) СА0. а рівноважна -. Тоді рівноважні концентрації інших компонентів реакції будуть
Вираз константи рівноваги
Невідому вихідну концентрацію СА0 знайдемо з умови, що сума обсягів діетілбензола і бензолу дорівнює 1 м 3. вважаючи, що щільності реагентів однакові і рівні 870 кг / м 3. а молярні маси відповідно рівні 0,135 і 0,078 кг / моль:
Тоді з виразу константи рівноваги отримуємо
звідки моль / м 3;
При розрахунку рівноважних ступенів перетворення складних реакцій (паралельних або послідовних) число рівнянь констант рівноваги буде дорівнює числу простих реакцій, тому доводиться вирішувати систему нелінійних рівнянь найчастіше методами обчислювальної математики.