الكيمياء

تصميم المفاعل المستمر

احسب تصميم المفاعل المستمر من التحويل وmolarFlowRate وreactionRate، واحصل على النتيجة فورًا مع خطوات الحل والتفصيل الكامل.

أدخل القيم

املأ الحقول أدناه للحصول على النتيجة

التحويل

molarFlowRate

reactionRate

المحتوى التعليمي والتفاصيل

خطوات الاستخدام

أدخل معدل التدفق الحجمي (v₀) بالمتر المكعب في الساعة أو وحدة مناسبة. هذا يمثل حجم المادة المتفاعلة الداخلة إلى المفاعل في وحدة الزمن.

أدخل التركيز الداخل (C_A0) بوحدة مول/م³ أو ما يعادلها. هذا هو تركيز المادة المتفاعلة A عند مدخل المفاعل.

أدخل درجة التحويل (X) وهي كسر (بين 0 و1) يمثل نسبة المادة A التي تم تحويلها إلى منتج. على سبيل المثال، X=0.95 يعني تحويل 95%.

أدخل ثابت معدل التفاعل (k) بوحدة (زمن⁻¹) لتفاعل من الدرجة الأولى. إذا كان التفاعل من رتبة أخرى، يجب تعديل المعادلة.

ℹ️ تنبيه عام: جميع العمليات الحسابية والنتائج المعروضة عبر هذه المنصة لأغراض تعليمية وإرشادية فقط. ولا نتحمل أي مسؤولية قانونية أو فقهية ناتجة عن استخدام هذه النتائج في اتخاذ قرارات مالية أو تنظيمية رسمية.

📅 آخر تحديث للبيانات: 25 سبتمبر 2026سياسة التحرير والمراجعة

أمثلة محلولة

تطبيقات عملية على تصميم المفاعل المستمر بخطوات الحل كاملة.

الحل
لحساب حجم المفاعل، نستخدم معادلة CSTR للتفاعل من الدرجة الأولى: V = (v₀ * X) / (k * (1 - X)). نعوض القيم: v₀ = 0.5 م³/ساعة, X = 0.85, k = 0.3 ساعة⁻¹. إذن V = (0.5 * 0.85) / (0.3 * (1 - 0.85)) = 0.425 / (0.3 * 0.15) = 0.425 / 0.045 = 9.444 م³. زمن المكوث τ = V / v₀ = 9.444 / 0.5 = 18.89 ساعة. هذا يعني أن السائل يقضي حوالي 18.9 ساعة في المفاعل لتحقيق تحويل 85%. في التطبيقات الصناعية، قد تكون هذه قيمة كبيرة، لذا قد يتم استخدام عدة مفاعلات متسلسلة أو تحسين الظروف (زيادة k برفع درجة الحرارة).

الأسئلة الشائعة

بشكل عام، معادلة تصميم CSTR هي V = (F_A0 * X) / (-r_A)، حيث F_A0 هو معدل التدفق المولي الداخل للمادة A، و-r_A هو معدل استهلاك A. بالنسبة لتفاعل من الدرجة n (حيث n≠1)، يكون -r_A = k * (C_A)^n، وC_A = C_A0 * (1 - X) إذا كان التفاعل في الطور السائل مع تغير حجم مهمل. إذن المعادلة تصبح V = (F_A0 * X) / (k * (C_A0 * (1-X))^n). لاحظ أن F_A0 = v₀ * C_A0. وهكذا، إذا كانت n=2، V = (v₀ * X) / (k * C_A0 * (1-X)^2). إذا كان تغير الحجم بسبب التفاعل (مثل التفاعلات الغازية)، تظهر نسبة التمدد ε، وتصبح المعادلة أكثر تعقيدًا. يجب دائمًا التحقق من حركية التفاعل الحقيقية واستخدام المعادلة المناسبة. للحصول على نتائج دقيقة، يُنصح بمحاكاة المفاعل باستخدام برامج متخصصة إذا كانت الحركة غير خطية.

درجة الحرارة تؤثر على k عبر معادلة أرينيوس: k = A * exp(-Ea/(R*T))، حيث A هو عامل التردد، Ea طاقة التنشيط، R ثابت الغازات، T درجة الحرارة المطلقة. كلما زادت T، زاد k بشكل أسي، مما يقلل حجم المفاعل المطلوب لتحقيق نفس التحويل (إذا كانت المعادلة من الدرجة الأولى). لكن يجب مراعاة القيود مثل التخميل الحراري للمحفز أو التفاعلات الجانبية غير المرغوب فيها. في التصميم، غالبًا نختار درجة حرارة مثلى توازن بين معدل التفاعل والثبات الحراري للمفاعل. في CSTR الحقيقي، يجب أيضًا تصميم نظام تبريد أو تسخين للحفاظ على درجة حرارة ثابتة لأن التفاعل قد يكون طاردًا أو ماصًا للحرارة.

مفاعل CSTR (الخزان المخلوط المستمر) يفترض خلطًا تامًا، بحيث يكون التركيز متجانسًا في جميع أنحاء المفاعل ويساوي تركيز الخروج. معادلة التصميم بسيطة: V = F_A0 * X / (-r_A at exit). أما مفاعل PFR (المفاعل الأنبوبي)، فهو يشبه سلسلة من مفاعلات CSTR صغيرة، والتركيز يتغير على طول الأنبوب. معادلته التفاضلية: dX/dV = -r_A / F_A0. بالنسبة للتفاعل من الدرجة الأولى مع كثافة ثابتة، يكون حجم PFR أقل من CSTR لتحقيق نفس التحويل (خاصة عند التحويلات العالية). CSTR أفضل عندما يكون التحكم في درجة الحرارة مهمًا (لأنه يسهل خلطه) أو عندما يكون من الصعب التحكم في توزيع وقت المكوث. التطبيقات: CSTR شائع في العمليات التي تتطلب خلطًا كثيفًا (مثل التخمير)، بينما PFR شائع في تفاعلات الغاز أو السوائل ذات التحويل العالي.

يعني ذلك أن زمن المكوث τ = V/v₀ صغير، مما يقلل من درجة التحويل لأن المادة المتفاعلة لا تبقى وقتًا كافيًا للتفاعل. من معادلة التصميم: X = (k * τ) / (1 + k * τ) للتفاعل من الدرجة الأولى. إذا كان τ صغيرًا، X صغير. لزيادة التحويل، يمكن زيادة الحجم V أو تقليل التدفق v₀، أو زيادة k (عبر رفع درجة الحرارة). في التطبيقات العملية، قد يكون من الأفضل استخدام عدة مفاعلات على التوالي (سلسلة من CSTRs) لتحقيق تحويل أعلى مع حجم إجمالي صغير نسبيًا. لكل مفاعل في السلسلة تركيز دخول أقل من سابقه، مما يزيد من القوة الدافعة للتفاعل.

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

2مثال 2: معالجة مياه الصرف الصحي في مفاعل CSTR بمعدل تدفق 100 م³/يوم، تركيز الملوثات الداخل 500 ملجم/لتر، مطلوب تحويل 90%، وثابت المعدل 0.2 يوم⁻¹. احسب حجم المفاعل.

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة