Химическая кинетика (задачи, примеры, задания). Пурмаль А.П - 19 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МФТИ | Москва

Составители: 

Рубрика: 

19
Измерение [Ρ]
ст
в реакторе при заданных значениях W
1
,W
2
,W
3
,
[A]
0
,[B]
0
может быть проведено обычными методами с большой
постоянной времени.
Пример решения задачи
Задача 1. Через сосуд объёмом
0,1л со скоростью 0,3л/с
прокачивается газовая смесь, содержащая
1 торр водорода и 10 торр
этилена при температуре
298К. С помощью микроволнового разряда в
сосуде генерируются атомы водорода. Константа скорости распада
молекулы водорода
k
1
= 10
-4
c
-1
. Атомы водорода вступают в реакцию
Н
•
+ С
2
Н
4
→ С
2
Н
5
•
с константой скорости k
2
=10
-14
см
3
с
-1
. За какое
время в системе установятся стационарные концентрации? Каковы
будут стационарные концентрации
Н
2
, Н
•
и С
2
Н
5
•
на выходе из
реактора?
Решение. Запишем концентрации реагентов во входящем потоке:
[Η
2
]
0
= 0,97⋅10
19
⋅Ρ⋅Τ
-1
= 0,97⋅10
19
⋅1торр⋅1/298К = 3,3⋅10
16
см
-3
.
[Η]
0
= [С
2
Н
5
]
0
= 0, [С
2
Н
4
]
0
= 3,3⋅10
17
см
-3
.
Кинетические уравнения с учётом массообмена могут быть записаны
следующим образом:
[]
[][]
()
[]
dH
dt
W
V
HHkH
2
2
0
212
=−−,
(1)
[]
[] [ ]
[] []
dH
dt
kH kCH H
W
V
H
&
&&
=− −2
12 224
,
(2)
[]
[]
[]
[]
dCH
dt
kCH H
W
V
CH
&
&
&
.
25
224 25
=⋅−
(3)
Поскольку этилен имеется в избытке, его концентрацию можно считать
постоянной, и все уравнения становятся линейными. Время выхода на
стационарность определяется корнями секулярного уравнения системы.
Они представляют собою комбинацию эффективных констант
k
эфф
в
виде коэффициентов, с которыми входят переменные концентрации в
соответствующие уравнения: 
Измерение [Ρ]ст в реакторе при заданных значениях W1,W2,W3 ,
[A]0,[B]0 может быть проведено обычными методами с большой
постоянной времени.

                          Пример решения задачи

     Задача 1. Через сосуд объёмом 0,1л со скоростью 0,3л/с
прокачивается газовая смесь, содержащая 1 торр водорода и 10 торр
этилена при температуре 298К. С помощью микроволнового разряда в
сосуде генерируются атомы водорода. Константа скорости распада
                           -4 -1
молекулы водорода k1 = 10 c . Атомы водорода вступают в реакцию
Н• + С2Н4 → С2Н5• с константой скорости k2=10-14см3с-1. За какое
время в системе установятся стационарные концентрации? Каковы
                                         •        •
будут стационарные концентрации Н2, Н и С2Н5 на выходе из
реактора?

      Решение. Запишем концентрации реагентов во входящем потоке:
[Η2]0 = 0,97⋅1019⋅Ρ⋅Τ-1 = 0,97⋅1019⋅1торр⋅1/298К = 3,3⋅1016см-3.
[Η]0 = [С2Н5]0 = 0,       [С2Н4]0 = 3,3⋅1017см-3.
Кинетические уравнения с учётом массообмена могут быть записаны
следующим образом:

          d[ H 2 ] W
            dt
                  =
                    V
                           ([ H ] − [ H ]) − k [ H ],
                                2 0        2   1    2

(1)
          d [ H& ]                                    W &
                   = 2k1[ H 2 ] − k 2 [C2 H 4 ][ H ] − [ H ] ,
                                                 &
            dt                                        V
(2)
           [
          d C& 2 H 5   ] = k [C H ] ⋅ [ H& ] − W [C& H ].
                            2   2     4             2   5        (3)
               dt                              V
Поскольку этилен имеется в избытке, его концентрацию можно считать
постоянной, и все уравнения становятся линейными. Время выхода на
стационарность определяется корнями секулярного уравнения системы.
Они представляют собою комбинацию эффективных констант kэфф в
виде коэффициентов, с которыми входят переменные концентрации в
соответствующие уравнения:


                                          19

Страницы