Калькулятор промышленной
химии онлайн
Основы промышленной химии
Промышленная химия (химическая технология) — наука о промышленных методах производства химических продуктов. Она объединяет химию и инженерию для разработки экономически и экологически оптимальных процессов.
Конверсия и выход
Конверсия X показывает, какая доля исходного реагента вступила в реакцию. Селективность S — доля прореагировавшего вещества, которая пошла на целевой продукт. Выход Y = X·S — суммарный результат.
Материальный баланс
Закон сохранения массы: сумма масс всех потоков на входе равна сумме на выходе. Материальный баланс — основа проектирования любого химического процесса и расчёта расходных норм.
Тепловой эффект
Тепловой эффект реакции рассчитывается по закону Гесса: ΔH°реакции = сумма энтальпий образования продуктов минус сумма энтальпий образования реагентов (с учётом стехиометрических коэффициентов).
Ключевые понятия подробно
Глубокое понимание конверсии, селективности и выхода — фундамент оптимизации любого промышленного химического процесса.
Конверсия реагента X
Конверсия (степень превращения) — доля исходного реагента, вступившего в реакцию. F₀ — начальный молярный поток, F — поток на выходе реактора. Конверсия близкая к 1 (100%) означает практически полное превращение реагента, однако высокая конверсия может достигаться за счёт снижения производительности и роста объёма реактора.
Практика: Для обратимых реакций (NH₃, SO₃) конверсия ограничена равновесием и составляет 20–80%. Повышение давления и снижение температуры сдвигают равновесие, но замедляют кинетику. Оптимальная конверсия — экономический компромисс.
Селективность S
Селективность показывает, какая доля прореагировавшего реагента образовала целевой продукт. Низкая селективность означает высокое образование побочных продуктов, что увеличивает затраты на разделение и уменьшает выход продукта. Селективность зависит от условий реакции: температуры, давления, концентрации, катализатора.
Примеры конфликта X и S: При частичном окислении этилена в этиленоксид высокая конверсия ведёт к полному окислению до CO₂ (падение S). Оптимальный режим — умеренная конверсия 10–15% за проход с рециклом непрореагировавшего этилена.
Атомная экономия по Трасту
Концепция предложена Барри Трастом в 1991 году. Атомная экономия оценивает, насколько эффективно атомы реагентов включаются в целевой продукт. Реакции присоединения имеют AE = 100% (все атомы в продукте). Реакции замещения теряют часть атомов в виде уходящей группы.
Классификация по AE: Присоединение — 100%; перегруппировка — 100%; конденсация — 75–95%; замещение — 30–70%; элиминирование — 10–60%. Фармацевтические синтезы нередко имеют AE < 30% — отсюда их высокий E-фактор.
Ректификация и метод МакКейб-Тиле
Уравнение равновесия Рауля связывает состав пара y и жидкости x через относительную летучесть α = P°A/P°B. Метод МакКейб-Тиле позволяет графически определить число теоретических тарелок. Минимальное флегмовое число Rmin соответствует бесконечному числу тарелок (защемлённому флегмовому числу у точки питания).
Практика: Рабочее флегмовое число R = 1.2–1.5·Rmin. Реальное число тарелок N_реал = N_min / η, где η — КПД тарелки (0.5–0.8 для ситчатых тарелок). Α < 1.1 означает необходимость экстрактивной дистилляции.
Справочник формул/ промышленная химия
Сводная таблица основных уравнений химической технологии: конверсия, выход, атомная экономия, TON/TOF, ректификация.
Реактор и продуктивность
| Величина | Формула | Единицы |
|---|---|---|
| Конверсия X | (F₀ − F) / F₀ | безразмерная, 0–1 |
| Селективность S | F_целевой / (F₀ − F) | безразмерная, 0–1 |
| Выход Y | X · S | безразмерная, 0–1 |
| Атомная экономия | MW_продукта / Σ MW × 100 | % |
| E-фактор | m_отходов / m_продукта | кг/кг |
| TON | n_продукт / n_катализатор | моль/моль |
| TOF | TON / t | с⁻¹ или ч⁻¹ |
| Закон Гесса ΔH° | Σν·ΔHf°(прод) − Σν·ΔHf°(реаг) | кДж/моль |
| Равновесие Рауля y | α·x / (1 + (α−1)·x) | мольная доля |
Типичные E-факторы по отраслям
TOF типичных катализаторов
Советы по оптимизации процессов
Практические рекомендации для повышения выхода, снижения отходов и удешевления производства.
Рецикл непрореагировавшего сырья
При низкой конверсии за проход (10–30%) рецикл позволяет достичь суммарной конверсии 95%+. Ключевое уравнение: X_суммарная = 1 − (1 − X_проход)^N циклов. Применяется в производстве метанола, аммиака, этиленоксида.
Температурный оптимум
Для экзотермических обратимых реакций существует оптимальная температура: при понижении T равновесие смещается к продуктам, но кинетика замедляется. Оптимум — компромисс. Для синтеза аммиака — 400–500°C при 150–200 атм.
Выбор реактора под кинетику
CSTR (реактор с идеальным перемешиванием) эффективен при реакциях с падающим порядком. PFR (трубчатый реактор) лучше при реакциях высокого порядка. Каскад CSTR приближается к PFR. Выбор влияет на конверсию и себестоимость.
Повышение атомной экономии
Замените реакции замещения на реакции присоединения. Используйте мультикомпонентные реакции (MCR). Применяйте биокатализаторы для хиральных синтезов вместо разделения рацематов. Переходите от стехиометрических к каталитическим реагентам.
Контроль материального баланса
Небаланс > 1–2% сигнализирует об ошибке измерений, неучтённом потоке (утечка, испарение) или побочной реакции. Регулярная проверка баланса — обязательная процедура ТЭО и производственного контроля.
Оптимизация ректификации
Работа при R = 1.2·Rmin обычно оптимальна по суммарным затратам (капитальные + энергетические). Увеличение R выше 2·Rmin даёт малый прирост разделения при резком росте энергозатрат. Для α близкого к 1 рассмотрите экстрактивную дистилляцию.
Как пользоваться калькулятором
Семь вкладок — семь задач промышленной химии. Каждая вкладка независима и содержит пояснения к расчётам.
Реактор (X, S, Y)
Введите начальный молярный поток F₀, конверсию X (0–1) и селективность S (0–1). Получите суммарный выход Y и все потоки.
Материальный баланс
Добавьте входящие и исходящие потоки, укажите расход и массовую долю компонента. Калькулятор автоматически считает небаланс.
Тепловой эффект
Введите стехиометрические коэффициенты и стандартные энтальпии образования реагентов и продуктов. Получите ΔH°реакции.
Атомная экономия
Укажите молярную массу целевого продукта и сумму молярных масс всех продуктов. Введите массы отходов и продукта для E-фактора.
TON и TOF
Введите количество молей продукта и катализатора (или их массы и молярные массы) и время реакции. Получите TON и TOF в ч⁻¹.
Ректификация
Введите давления насыщенного пара компонентов A и B, состав питания xF, дистиллята xD и куба xW. Получите α, Rmin и Nmin.
Себестоимость
Заполните цены и расходные нормы по сырью, энергии, труду, накладным расходам. Получите себестоимость на кг и прибыль в год.
Часто задаваемые вопросы
Лиана Арифметова
Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».
Отказ от ответственности
Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые данным инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.
Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.
Медицинские, финансовые и профессиональные решения должны приниматься исключительно на основании консультации с квалифицированными специалистами — врачом, финансовым советником, инженером или другим профессионалом в соответствующей области. Не используйте результаты данного инструмента как единственное основание для принятия важных решений.
Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут никакой ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший в результате использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию и применение полученных результатов.
Похожие инструменты
Генератор мем-фактов
Смешной вирусный заголовок или мем-факт за секунду. Для соцсетей, розыгрышей и поднятия настроения.
Калькулятор химии
Молярная масса, балансировка уравнений, лимитирующий реагент и выход реакции. Для студентов и химиков.
Калькулятор эрготерапии: COPM, IADL, динамометрия и эргономика
Эрготерапевтические расчёты онлайн: COPM, шкала Лоутона (IADL), AMPS, сила хвата (Jamar), эргономика рабочего места, FSS.
Калькулятор теории IRT (Раш, 2PL, 3PL)
Расчёт кривых ICC, информационных функций пунктов (IIF) и теста (TIF) по моделям Раша, 2PL и 3PL. Для ЕГЭ, PISA, адаптивного тестирования.
Калькулятор газовых законов
Расчёт параметров газа по уравнению идеального газа PV=nRT, законам Бойля-Мариотта, Шарля, Гей-Люссака. Конвертация единиц давления и объёма.
Калькулятор учебного календаря и расписания
Учебный год школы и вуза по российским стандартам (четверти, семестры, сессии), планировщик семестра, дедлайн-трекер и расчёт зачётных единиц (ЗЕТ).
Калькулятор декретных выплат
Пособие по беременности и родам, единовременное пособие и ежемесячное по уходу до 1.5 лет. По 255-ФЗ.
Калькулятор управления рисками
Ожидаемые потери, ROI риск-менеджмента по ГОСТ Р ИСО 31000-2019. Для проектов в России.
Калькулятор скидок и выгоды (2+1, цена за кг)
Посчитать цену со скидкой, найти самый выгодный товар (цена за кг/литр) и проверить акции "Купи 2 получи 1".
Калькулятор оборотного капитала
Рассчитайте чистый оборотный капитал (NWC), коэффициент текущей ликвидности, быстрой ликвидности и другие показатели оборотных средств.
Калькулятор погашения долгов
Стратегии снежного кома и лавины. Экономия на процентах и срок полного погашения кредитов.
Калькулятор SaaS-метрик: Unit-экономика, MRR, Churn, Runway
Комплексный калькулятор SaaS-метрик: unit-экономика (CAC, LTV, LTV/CAC, ARPU, ARPPU), метрики выручки (MRR, ARR, Quick Ratio), анализ оттока (Churn, NRR, когорты), метрики роста (Rule of 40, T2D3), воронка конверсий и финансовые прогнозы (runway, burn rate).
Калькулятор текстильного производства
Расчёты текстиля: пряжа, ткань, раскрой, крашение, себестоимость, качество
Генератор CSS box-shadow
Визуальный редактор теней CSS. Offset, blur, spread, цвет. Множественные тени, inset. Копирование кода.
Расчёт объёма трансфузии
Расчёт объёма переливания эритроцитарной массы, тромбоконцентрата, СЗП. Оценка кровопотери и допустимого объёма.