平均滞留時間 導出と計算方法【反応工学】

転化率・反応率 導出と計算方法は?【反応工学】

 

ここでは、反応工学・反応速度論における基礎的な用語として、「転化率」「反応率」とよばれるものがあります。この転化率・反応率の考え方は反応器設計を行う上で重要であり、きちんと定義を確認しておくといいです。

 

ここでは、転化率・反応率に関する以下の内容を解説していきます。

 

・転化率・反応率

 

・転化率・反応率の計算問題を解いてみよう【演習問題】

 

というテーマで解説していきます。

 

 

転化率・反応率

 

そもそも転化率とは、反応器にある特定の成分(物質)が一定量供給され、反応が進んだときの反応した分の量との比の百分率のことを指します。記号はxi(iは成分名)で表されることが基本です。

 

転化率は別名反応率とも呼ばれます。つまり、転化率と反応率には違いはありません。

 

定義式は以下の通りで、分子にある成分の反応量、分母にある成分の供給量がきます。

 

 

転化率は、反応器として回分反応器(Batch Reactor)を使用するときと、連続槽型反応器(CSTR)や管型反応器(PFR)といった連続式の反応器では、表現の仕方が若干異なります。
以下で確認していきます。

 

回分反応器(Batch Reactor)での転化率


回分反応器では、基本的に転化率は特定成分の反応前後のモル濃度を用いて表記します。

 

 

 

連続槽型反応器(CSTR)や管型反応器(PFR)での転化率

 
連続槽型反応器(CSTR)や管型反応器(PFR)においても、基本的に転化率の意味は同じです。ただ、連続して供給原料が流れこみ、反応物が流れ出ていくため、物質量の流量で転化率を表します。

 

 

 

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転化率・反応率の計算問題を解いてみよう【演習問題】

きちんと転化率の定義を理解するために、以下の演習問題で計算に慣れましょう。

 

例題

 

回分反応器にある物質Aが5molとけている溶液を入っています。この溶液に物質Aと反応する物質Bを少量添加して、物質Aの物質量が3molとなったとします。体積変化が無視できるときの転化率を算出しましょう。

 

解答
 

公式に基づき、計算していきましょう。

 

XA = ( 5 - 3 ) / 5 = 0.4となります。

 

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