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
- 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.
- 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
- 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:
- 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: