Кинетика гомогенных процессов

Министерство образования и науки Российской Федерации

(МИНОБРНАУКИ РФ)

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Российский химико-технологический университет

им. Д.И. Менделеева»

 

Факультет нефтегазохимии и полимерных материалов

Кафедра химической технологии углеродных материалов

 

Отчет по работе на тему: «Кинетика гомогенных процессов».

 

 

Выполнил студент группы

Проверила.

 

 

 

Москва 2015

 

Задача №1

Радикальные реакции

Данные:

A + Y = B + D

t = 45 - 85 град.С

Реактор периодический, изменяется концентрация вещества B.

Обозначение регентов и пределы их варьирования:

• A от 2 моль/л до чистого (M.M.=99 г/моль, d=1,26 г/мл);
• Y от 0, 1 моль/л  до 0,4 моль/л
• K от 0.02 до 0.2 усл.ед.

Концентрации  Y в ходе опыта постоянны.

Необходимо:

составить план исследования, реализовать эксперименты на ЭВМ, найти параметры кинетического уравнения, обеспечивающего адекватное описание экспериментальных зависимостей: порядки по реагентам, предэкспоненциальный множитель и энеогию активации.

 

Перед тем, как приступать к определению параметров кинетического уравнения, нужно проверить:

1. Является ли реакция каталитической.

 

Проведем реакцию без катализатора (Ск=0).Из графика видно, что концентраци B равна 0 в течение всего эксперимента. Реакция является каталитической.

2. Обратимость реакции.

В ходе эксперимента концентрация продукта В быстро достигает 100% и больше не меняется, делаем вывод что реакция является необратимой.

 

 

 

3. Влияние продуктов на скорость реакции.

 

Проведем два эксперимента: в первом Св≠0, во втором Св=0,2. График в первом эксперименте повторяет форму графика второго эксперимента, значит продукт не влияет на скорость реакции.

 

 

Уравнения скорости реакции в общем виде выглядит как: .

 

4. Определение порядка по реагенту A

Необходимо определить, влияет ли СA0 на скорость реакции, для этого возьмем для всех экспериментов СY0 = 0,1 моль/л, Сkat = 0,2 усл.ед., СA0 меняется от 2 до 12.7 моль/л. Проведем 3 эксперимента:  СA01 = 2,0 моль/л, СA02 = 6,0 моль/л, СA03 = 12,7 моль/л.

Построим по полученным данным графики зависимостей СAi = f(t) в одной системе координат.

время  Са1   Са2   Са3

0  12,7   6   2

0,25  10,85   5,31   1,7

0,5  9,25   4,37   1,45

0,75  8,09   3,82   1,27

1  6,61   3,2   1,08

1,25  5,94   2,73   0,89

1,5  4,76   2,34   0,8

1,75  4,11   2,05   0,66

2  3,59   1,75   0,56

2,25  3,11   1,48   0,5

По графику можно сделать вывод о том, что nA≠0 и СA0 влияет на скорость реакции, т.к.графики не совпадают.

Спрямляем в 1 порядке

Графики зависимостей для всех трех экспериментов являются прямыми. При этом тангенсы углов наклона одинаковы. Из этого следует, что nа = 1.

 

 

 

 

 

 

 

5. Определение порядка по веществу Y

Необходимо определить, влияет ли СY0 на скорость реакции, для этого возьмем для всех экспериментов СA0 = 12,7 моль/л, Сkat = 0,2 усл.ед., СY0 меняется от 0,1 до 0,4 моль/л.

Проведем 3 эксперимента: СY01 = 0,1 моль/л, СY02 = 0,25 моль/л, СY03 = 0,4 моль/л

Построим по полученным данным графики зависимостей СBi = f(t) в одной системе координат.

По графику можно сделать вывод о том, что ny=0 и  СY0 не влияет на скорость реакции, т.к.графики совпадают.

 

 

 

 

 

 

6. Определение порядка по катализатору

Для определения порядка по катализатору проведем пять экспериментов при                 Сkat1 = 0.02 усл.ед.,      Сkat2 = 0,1 усл.ед., Сkat3 = 0,2 усл.ед. В каждом эксперименте СY0 =0,1 моль/л, СА0 = 12,7 моль/л.

Построим по полученным данным графики зависимостей СBi = f(t) в одной системе координат.

Ca1	время	Ca2	время	Ca3	время
12,7	0	12,7	0	12,7	0
10,82	0,8	10,58	0,4	10,47	0,3
9,22	1,6	8,76	0,8	8,7	0,6
7,93	2,4	7,39	1,2	7,16	0,9
6,87	3,2	6,17	1,6	5,91	1,2
5,7	4	5,19	2	5,12	1,5
5,05	4,8	4,37	2,4	4,04	1,8
3,99	5,6	3,59	2,8	3,25	2,1
3,47	6,4	3,2	3,2	2,95	2,4
3,17	7,2	2,76	3,6	2,1	2,7

 

Спрямляем в 1 порядке 

По графику можно сделать вывод о том, что nkat≠0 и Сkat влияет на скорость реакции, т.к.графики не совпадают.

Предположим, что nkat = 1. Построим график зависимости Kэф = f(Ckat).

Кривая является выгнутой что показывает нам то, что nkat < 1

Предположим, что nkat = 0,5. Построим график зависимости Kэф = f(Ckat^0.5)

График является прямой линией, делаем вывод о том, что nkat = 0,5.

 

 

 

7. Определение активационных параметров

Для определения активационных параметров проведем пять опытов при t1 = 450C,             t2 = 550C,    t3 = 650C, t4 = 750C, t5 = 850C. В каждом эксперименте СА0 = 12,7 моль/л,        СY0 = 0,1 моль/л, Ckat = 0,2 усл.ед.

Построим графики зависимости СB= f(t) в одной системе координат. Для всех экспериментов графики являются прямыми линиями. Для каждой линии находим тангенс угла наклона.

Спрямляем в 1 порядке

 

 

 

 

 

Кист	t, °С	Т,К	lnКэф	1/T,1/К	Ln
0,266539	45	318,15	-2,687	0,003143	-1,32223
0,622745	55	328,15	-1,877	0,003047	-0,47362
1,400002	65	338,15	-1,045	0,002957	0,336474
2,969498	75	348,15	-0,324	0,002872	1,088393
6,182281	85	358,15	0,4935	0,002792	1,821687

 

Построим график зависимости ln(k) = f(1/T).

 

По этому графику тангенс угла наклона равен tg(a) = -8948 = -E/R

Отсюда следует, что энергия активации (E) равна 74394 Дж/моль.

По графику ln(k0) = 26,798

Ответ:

 

LN(K0) = 26,798