Гетерогенный катализ

0

Министерство образования и науки Российской Федерации

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева

Кафедра химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Гетерогенный катализ»

 

 

 

 

Вариант М65

 

 

 

Выполнила:

Панюкова Д.И., гр. П-46

Проверила:

д.х.н. Бухаркина Т. В.

 

 

 

Москва, 2016

 

 

Задание.

 

В периодическом реакторе проводится реакция: A + Y = B + Z

Измеряется концентрация вещества А.

Пределы варьирования концентраций веществ:

А: от 0,2 моль/л до 1 моль/л

Y: от 5 моль/л до 10 моль/л;

 

Необходимо:

  • Составить план исследования
  • Реализовать эксперименты на ЭВМ
  • Подобрать параметры кинетического уравнения, обеспечивающего адекватное описание экспериментальных зависимостей – порядки по реагентам, константу скорости.

 

Для проведения экспериментов используется программа кафедры.

Для обработки и анализа экспериментальных данных используется программа MS Office Excel 2013.

 

 

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ОПЫТЫ

  1. Определение наличия обратимой реакции

Если реакция протекает необратимо, следовательно, будет идти до полного исчерпания исходного вещества, находящегося в недостатке, т.е. его концентрация должна достигнуть нуля.

Проводим эксперимент на достаточно большом промежутке времени, чтобы полностью отследить изменение концентрации продукта в ходе реакции (τ= 1000с):

Са0=0,2моль/л

Су0=5моль/л

Св0=0моль/л

Сz0=0моль/л

Ск0=0моль/л

Делаем вывод о необратимости реакции.

  1. Определение влияния продуктов на протекание реакции

Са0=0,2моль/л

Су0=5моль/л

Св0=0моль/л

Сz0=0моль/л

Ск0=0моль/л

τ, время

Са, моль/л

0

0,2

100

0,1521

200

0,1175

300

0,0866

400

0,0677

500

0,0519

600

0,0393

700

0,0301

800

0,0235

900

0,0181

а)

 

 

Продукты отстуствуют.

 

Са0=0,2моль/л

Су0=5моль/л

Св0=0,1моль/л

Сz0=0моль/л

Ск0=0моль/л

τ, время

Са, моль/л

0

0,2

100

0,1519

200

0,1144

300

0,091

400

0,0672

500

0,0525

600

0,0377

700

0,0308

800

0,0234

900

0,0178

б)

 

 

 

Присутствует продукт В.

в)

Са0=0,2моль/л

Су0=5моль/л

Св0=0моль/л

Сz0=0,1моль/л

Ск0=0моль/л

τ, время

Са, моль/л

0

0,2

100

0,1596

200

0,1172

300

0,0898

400

0,0662

500

0,0514

600

0,0391

700

0,0292

800

0,0236

900

0,0177

 

 

 

Присутствует продукт Z.

По графикам можно сделать вывод о том, что отсутствие продуктов или наличие одного из них не влияет на скорость реакции.

 

ОСНОВНЫЕ ОПЫТЫ

  1. Определение порядков по исходным реагентам

 

Определение порядка по компоненту А:

Су0=10моль/л

Св0=0моль/л

Сz0=0моль/л

Ск0=0моль/л

Определение проводим дифференциальным методом. Варьируем концентрацию компонента А при постоянных условиях:

 

 

 

 

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

0

0,2

0

0,4

0

0,6

0

0,8

0

1

40

0,1748

40

0,3521

40

0,4993

40

0,6863

40

0,8784

80

0,1477

80

0,2823

80

0,4435

80

0,5807

80

0,7325

120

0,124

120

0,2504

120

0,3729

120

0,4801

120

0,6119

160

0,1018

160

0,2086

160

0,3171

160

0,4219

160

0,5184

200

0,0886

200

0,1775

200

0,2689

200

0,3578

200

0,4375

240

0,0746

240

0,1525

240

0,2283

240

0,3099

240

0,3687

280

0,0632

280

0,1253

280

0,1932

280

0,2589

280

0,3198

320

0,0546

320

0,1067

320

0,1624

320

0,2182

320

0,2761

360

0,0454

360

0,0924

360

0,1421

360

0,1873

360

0,2327

 

 

 

По полученным кривым можно сделать вывод, что порядок по компоненту А не равен 0. Однако, для получения точных значений тангенсов в дифференциальном методе, построим зависимость Са=f(τ) по трем начальным точкам:

 

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

0

0,2

0

0,4

0

0,6

0

0,8

0

1

40

0,1748

40

0,3521

40

0,4993

40

0,6863

40

0,8784

80

0,1477

80

0,2823

80

0,4435

80

0,5807

80

0,7325

 

 

По значениям тангенсов, построим зависимость rB0=f(Ca) и найдем порядок:

 

 

rв0, моль/(л*мин)

Са0, моль/л

0

0

0,00065

0,2

0,00142

0,4

0,00207

0,6

0,00276

0,8

0,00328

1

 

 

 

Зависимость линейная, следовательно, порядок по компоненту А равен 1.

 

Определение порядка по компоненту Y:

Са0=0,2моль/л

Св0=0моль/л

Сz0=0моль/л

Ск0=0моль/л

Определение проводим дифференциальным методом. Варьируем концентрацию компонента Y при постоянных условиях:

 

 

 

 

 

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

0

0,2

0

0,2

0

0,2

0

0,2

60

0,1699

50

0,1698

40

0,1709

30

0,1754

120

0,1421

100

0,1418

80

0,1435

60

0,1545

180

0,1217

150

0,1196

120

0,1236

90

0,1383

240

0,1041

200

0,0979

160

0,1069

120

0,1182

300

0,0875

250

0,0833

200

0,0919

150

0,1059

360

0,0745

300

0,0722

240

0,0793

180

0,0959

420

0,0677

350

0,0604

280

0,0701

210

0,0853

480

0,0549

400

0,0522

320

0,0585

240

0,0758

540

0,0471

450

0,0441

360

0,05

270

0,0684

 

 

 

По полученным кривым можно сделать вывод, что порядок по компоненту Y не равен 0. Однако, для получения точных значений тангенсов в дифференциальном методе, построим зависимость Са=f(τ) по трем начальным точкам:

 

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

τ, время

Са, моль/л

0

0,2

0

0,2

0

0,2

0

0,2

60

0,1699

50

0,1698

40

0,1709

30

0,1754

120

0,1421

100

0,1418

80

0,1435

60

0,1545

 

По значениям тангенсов, построим зависимость rB0=f(Cу) и найдем порядок:

 

rв0, моль/(л*мин)

Су0, моль/л

0

0

0,000486

5

0,000586

7

0,000711

9

0,000771

10

 

 

По полученной кривой можно сделать вывод о дробно-линейном порядке по компоненту Y. Таким образом, компонент Y затормаживает реакцию, фигурирует в знаменателе, и уравнение реакции имеет следующий вид:

 

 

  1. Определение константы скорости k и адсорбционного коэффициента K

Имея дробно-линейный порядок по компоненту Y, необходимо линеаризовать зависимость rB0=f(Cу) в соответствующих координатах

1/ rB0 = f(1/CY) для нахождения K и k:

 

1/rв0, моль/(л*мин)

1/Су0, моль/л

2057,613169

0,2

1706,484642

0,142857

1406,469761

0,111111

1297,016861

0,1

 

 

Таким образом, tgɑ=1/k[A]=7553 и K/k[A]=570,8; [A]=0,2моль/л.

Поскольку концентрация Су>>Са на всем протяжении реакции, следует воспользоваться методом понижения порядка. Эффективная константа включает в себя концентрацию компонента, находящегося в избытке (Су), и истинную константу скорости химической реакции:

Выражение скорости реакции имеет вид:

 

или:

 

 

Значения константы скорости k и адсорбционного коэффициента K:

 

K = 0,0756 л/моль;

 

k =0,00066 л/мин*моль.

 

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Категория: Курсовые / Курсовые по химии

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.