Xreferat.com » Рефераты по химии » Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів" width="135" height="25" align="BOTTOM" border="0" />= 0,72.

Вирішуючи цю рівність відносно k, при n=2 у обох випадках одержуємо k =0,05.


1.3.2 Оцінка застосовності теоретичних рівнянь


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (45)

Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (46)

Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (47)


де, k – константа швидкості, що залежить від температури;

n – константа, що залежить від присутності в тілі початкових центрів реакції при τ = 0, від форми ядер, числа проміжних стадій у процесі утворення початкових центрів і від деяких інших факторів; вона може мінятися до будь-якого цілого числа.


Рівняння (45) виведено виходячи з припущення, що топохімічна реакція, тобто реакція між газом і твердою речовиною, визначається просуванням фронту ядер твердого продукту реакції усередину зерна з обліком того, що поверхня пропорційна обсягу в ступені 2/3.

Рівняння (46) виведено в припущенні, що процес виникнення початкових центрів (ядер) реакції може бути багатостадійним, тобто що швидкість цього виникнення може залежати від часу (оскільки концентрація реагуючої речовини не залишається постійної в часі).

Рівняння (47) виведено для процесу, що лімітуеться швидкістю внутрішньої дифузії, k у ньому може бути замінена на вираження:


kІ/ RІ,


де, R – радіус частки твердої речовини.


Далі будують графіки, що відповідають рівнянням 45; 46; 47.


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Рис.12. Обробка даних за рівнянням (45)


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Рис.13. Обробка даних за рівнянням (46)

Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Рис.14. Обробка даних за рівнянням (47)


Такі залежності будують для кожної дослідженої температури.

Для висновків про застосовність того чи іншого рівняння слід провести статистичну обробку даних, для цього необхідно розрахувати середнє квадратичне виділення або (та) коефіцієнт кореляції.

Незмінність і невеликі відхилення величини К свідчать про задовільний опис процесу відповідним кінетичним рівнянням.

Більш точні результати виходять при обробці даних на ЕОМ. За розрахунковим значенням β, будують криві β = φ (τ). Розрахункова – пунктирна лінія, а експериментальна – суцільна.


1.3.3 Розрахунок енергії активації

Енергію активації Е можна визначити двома способами:

за графіком β =φ (τ)

по одній із залежностей, зображених на рис. 12; 13; 14.

Відповідно до останнього способу визначають константи швидкості k1 и k2 як тангенси кутів нахилу прямих (див. рис.12), що відповідають температурам, наприклад τ1 і τ2. Число пар τ і k повинно бути не менш чотирьох. По них будують пряму в координатах ln k = φ(1/Т), відповідній логарифмічній формі рівняння Арреніуса:


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (48)


Розрахунок Е проводять по формулі:


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (49)

де, R = 8.314 * 10-3 кДж/моль.


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Рис.15. Графік для визначення Е і k0

Відрізок, що відтинається на осі lnk, дорівнює lnk0. Підставляючи отримані дані в рівняння (45) одержують рівняння для конкретної залежності k =φ (τ).

Орієнтовано величину Е можна знайти безпосередньо з графіка β = φ (τ). Для цього знаходять значення β для різних температур, що відповідають тому самому часу τк Потім складають таблицю 2.


Таблиця 2. Дані для визначення Е по залежності β = φ (τ)

τ, хв. Т, 0С βі

Відносна величина Квідн.

Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів






В останню графу заноситься константа швидкості, отримана як результат розподілу кожної величини βi на максимальне значення βmax (відповідне максимальній температурі). За отриманим значенням Квідн будують графік, аналогічний показаному на рис. 15 і розраховують Е и k0.

Коефіцієнт Вант-Гоффа знаходять за формулою:


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (50)


На основі отриманих результатів роблять висновок про тип і модель кінетики.


2. ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА


2.1 Постановка завдання


На підставі експериментальних даних процесу вилучення з'єднань натрію з відпрацьованого никель-хромового каталізатора побудувати кінетичні криві, розрахувати енергію активації, підібрати рівняння, що характеризує кінетику перетворення і підібрати модель процесу.


Час розчинення τ, хвил. Ступінь вилучення при температурі 200 С, д.о. Ступінь вилучення при температурі 550 С, д.о. Ступінь вилучення при температурі 85 0С, д.о.
10 0,23 0,34 0,67
20 0,37 0,69 0,84
30 0,63 0,83 0,97
40 0,80 0,91 0,99
50 0,92 0,94 1,00
80 1,00 1,00 1,00

2.2 Виконання завдання


За даними таблиці будуємо кінетичні криві для заданих температур 1 - 20 0С, 2 - 55 0С і 3 - 85 0С відповідно (рис. 16).


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Рис. 16. Кінетичні криві

На підставі графічних залежностей ступеню перетворення початкової речовини від часу τ (рис. 16) визначаємо швидкість процесу:


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів


де k – відносна швидкість реакції, хвил-1.


По тангенсу кута нахилу прямих (рис. 16) визначаємо константу швидкості екстракції натрію з каталізатора: k20 = 0,02; k55 = 0,045; k85 = 0,11 [хвил -1].


Для кінетичної обробки даних складаємо таблицю:


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

20 0С 55 0С 85 0С 20 0С 55 0С 85 0С 20 0С 55 0С 85 0С
1,08 0,36 0,26 0,3 0,11 0,08 0,073 0,015 0,01
1,83 1,17 0,46 0,46 0,32 0,083 0,14 0,08 0,015
3,5 1,77 0,99 0,69 0,44 0,28 0,25 0,14 0,065
4,6 2,35 1,61 0,78 0,54 0,41 0,29 0,19 0,13

За даними таблиці будуємо графіки, які відповідають кінетичним рівнянням 45, 46, 47 (рис. 17-19).

Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів


Рис. 17. Обробка даних по рівнянню 45

(1 – температура 20 0С, 2 - температура 55 0С, 3 - температура 85 0С).


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Рис. 18. Обробка даних по рівнянню 46

(1 – температура 20 0С, 2 - температура 55 0С, 3 - температура 85 0С).


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Рис. 19. Обробка даних по рівнянню 47

(1 – температура 20 0С, 2 - температура 55 0С, 3 - температура 85 0С).

Вплив температури на константу швидкості процесу описується рівнянням:


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (51)

Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (48)


Для визначення енергії активації будуємо графічну залежність lnk від 1/Т (рис.17).


Т, 0С Т, К 1/T

20 293 3,41•10-3

55 328 3,05•10-3

85 358 2,79•10-3


ln k20 = ln 0,02= -3,91 ln k55 = ln 0,045= -3,1 ln k85 = ln 0,11= -2,21


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

Рис. 20. Залежність ln k від 1/T


Графічна залежність ln k = f(1/T) (мал. 20) дозволяє визначити чисельне значення ln k0 енергії активації по формулі 49:


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (52)

Розрахункове значення енергії активації складає 21,5 кДж/моль, а чисельне значення ln k0 = = -5,6 . В результаті, відповідно до рівняння 48, вплив температури на константу швидкості екстракції водорозчинних домішок з каталізатора описуватиметься рівнянням:


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (53)


а сам процес екстракції домішок відповідно до виразів 48,49,51 рівнянням:


Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (54)


де βτ – поточний ступінь вилучення натрію;

Т – температура процесу, К;

τ– час, хвил.

ВИСНОВОК


Процеси вилужування протікають в кінетичній області мають енергію активації 40 - 300 кДж/моль, а в дифузійній 8 - 21 кДж/моль. На підставі цього можна зробити висновок, що процес екстракції натрію з никель-хромового каталізатора лежить в дифузійній області. Враховуючи, що домішки, внесені в каталізатор в процесі експлуатації, знаходяться в тонкому його зовнішньому шарі і не проникли глибоко в пори, лімітуючою стадією слід вважати дифузію іонів в прилеглому до каталізатора шарі води.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ


1. Панченков Г.М., Лебедев В.П. Химическая кинетика и катализ: Учеб. пособие для вузов. Изд. 3-е перераб. и дополн. – М.: Химия, 1985.-592 с.

2. Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии: Учеб. пособие для вузов. – Л.: Химия. 1985.-384 с.

3. Безденежных А.А. Инженерные методы составления уравнений скоростей реакций и расчета кинетических констант. – Л.: Химия, 1973.-256с.

4. Царева З.М., Орлова Е.И. Теоретические основы химической технологии. – к.: Вища шк., 1986.-271 с.

5. Зайцев О.С. Общая химия. Состояние веществ и химическое реакции. – М.: Химия. 1990.-352 с.

6. Романенко Н.В., Орлов А.Г., Никитина Г.В. Книга для начинающего исследователя- химика – Л.: Химия, 1987. – 280 с.

7. Розовский А.Я. Кинетика топохимических реакций – М.: Химия, 1974. – 274 с.

8. Курса Н.Є., Корчуганова О.М. Методичні вказівки для виконання лабораторної роботи з УНДР "Термоваговий аналіз при постійній температурі" (для студентів спеціальності 7.091602 "Хімічна технологія неорганічних речовин" очної і заочної форм навчання ) – Сєвєродонецьк: СТІ СНУ ім. Володимира Даля. 2005 – 19 с.

10. Соловьёв Г.И., Суворин А.В., Колесникова Т.Б. Методические указания к выполнению контрольных заданий по дисциплине "Кинетика и катализ в ТНВ" (для студентов заочной формы обучения специальности "Химическая технология неорганических веществ") – Северодонецк: изд-во СТИ, 2005 г., 75 стр.

Размещено на

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: