化学反応の物質収支・限定反応成分・反応率について - 化学徒の備忘録(かがろく)|化学系ブログ

化学反応を取り扱う場合には化学反応式を考える場合が多い。化学反応式は、反応に関わる成分の間での量的相互関係を表す。そのため、化学工学などでは化学反応式を化学量論式や量論式ともいう。

次のような化学反応式を考える。

$aA + bB → cC$

この反応式では $a$ mol の成分Aと $b$ molの成分Bが反応し、 $c$ molの成分Cが生成することを表す。

実際の反応では、各成分が量論係数の比率で供給されるのではなく、いずれかの原料成分が過剰に供給されることがある。このとき、過剰でない反応原料を限定反応成分 (Limiting reactant) という。また、限定反応成分も全てが反応せずに、その一部は未反応のままである場合もある。

上の化学反応式のうち限定反応成分をAとして、両辺を $a$ で割ると次の式のようになる。

$\displaystyle A + \frac{b}{a} B → \frac{c}{a} C$

反応の進行状態を表すために、限定反応成分Aに対する反応率 $x_A$ を考える。反応率 $x_A$ は限定反応成分Aの供給量に対してAがどれだけ反応したかを表す値である。

成分Aの供給量を $F_{A0}$ mol/s 、反応器から排出されるAの量を $F_A$ mol/s とすると反応率 $x_A$ は次のように表される。

$\displaystyle x_A = \frac{成分Aの反応量}{成分Aの供給量} = \frac{F_{A0} - F_A}{F_{A0}}$

同様に成分B、成分Cについても考えることができる。これをまとめると下の表のようになる。