Metodichka_po_Khim_protsessu

Это уравнение трансцендентно и может быть в общем случае решено относительно n либо графически, либо путем подбора. Решение значительно упрощается, если выбрать на кинетической кривой реакции два значения е связанные со-

к уравнению z+1=τ1/τ2. Решение этого уравнения дает значение z, зная которое, можно определить порядок реакции:

= − lg z n 1

lgε 2

При использовании этого метода определения n не следует брать точки близко к началу кинетической кривой, т.е. в этой области незначительные погрешности в проведении кинетической кривой приводят к существенным ошибкам в определении величины порядка реакции.

Если имеется несколько кинетических кривых, полученных при различных начальных концентрациях, то порядок реакции легче всего определить, сопоставляя время τх достижения определенной доли превращения х при различных начальных концентрациях. При конверсии х доля непрореагировавшего вещества А составит 1-х=ε. Соотношение (1.5) принимает вид

имеются два значения τх, полученные при двух различных (СА)0, то порядок реакции можно определить по формуле:

б) аналитический метод. Проводят эксперименты минимум при двух различных температурах и определяют энергию активации по уравнению

Опыты проводятся при различных соотношениях кислоты и спирта при температурах от 60 до 75 ºС в реакторе полного смешения периодического действия на установке, схема которой показана на рисунке 2.1:

Рисунок 2.1 – Схема лабораторной установки

Эксперимент проводился при заданной температуре в изотермических условиях. Глубина превращения реагирующих веществ определяется по изменению концентрации уксусной кислоты, которая определялась титрованием уксусной кислоты в водно-спиртовой смеси 1 н раствором гидроксида натрия.

По каждому мольному соотношению исходных кислоты и спирта составляется смесь в объеме 50 мл. Молярные концентрации компонентов в смеси рассчитывались по следующим формулам:

где C A,0 , CY ,0 – начальные молярные концентрации кислоты и спирта в реакци-

онной смеси, моль/л;

VA , VY – объемы исходных кислоты и спирта, взятые для составления смеси, мл;

GA , GY – содержание основного вещества в исходных кислоте и спирте, об.

доли;

ρ A , ρY – плотности кислоты и спирта, при комнатной температуре, г/см3; M A , MY – молекулярные массы кислоты и спирта, г/моль;

V – объем смеси кислоты и спирта, взятый для реакции, мл.

В составленной исходной смеси проверяется реальная мольная концентрация уксусной кислоты, которая определяется титрованием уксусной кислоты в водно-спиртовой смеси 1 н раствором гидроксида натрия. Анализ проводится не менее двух раз по каждой исходной смеси. За результат принимаются средние значения.

Концентрация кислоты рассчитывается по формуле:

N– нормальность раствора гидроксида натрия.

Вреакторе устанавливается требуемая температура пропусканием нагретой воды из термостата через рубашку реактора.

Вреактор загружается приготовленная смесь компонентов и катализатор. В качестве катализатора используется концентрированная серная кислота в количестве 0,1 мл. Время добавления катализатора фиксируется как нулевое.

Процесс этерификации проводится при непрерывном перемешивании реакционной массы. Контроль протекания процесса этерификации осуществляется по изменению концентрации кислоты. После добавления катализатора приблизительно через каждые 10 минут из реактора отбирается проба, которая уется титрованием на содержание в ней кислоты.

Опыт продолжается до получения 3-х одинаковых значений концентрации уксусной кислоты, что условно принимается как достижение равновесного состояния.

Данные о результатах эксперимента заносят в таблицу 2.1.

По известной текущей концентрации кислоты рассчитываются текущие концентрации остальных компонентов системы по следующим зависимостям:

нентов, моль/л; C B,0 , CZ ,0 = 0.

Определяется степень превращения исходных реагентов по формуле:

Полученные результаты оформляются в виде таблицы 2.2.

Таблица 2.2 – Изменение концентрации компонентов системы в процессе эксперимента

По данным таблицы 2.2 строятся кинетические кривые в координатах [время τ]-[концентрация С] и [время τ]-[степень конверсии компонентов Х].

2.2 Определение скорости реакции и констант скоростей прямой и обратной реакций

Экспериментальная скорость реакции этерификации рассчитывалась по уравнению в выбранном интервале времени реакции [τi-1;τi] минут:

Исследуемая реакция этерификации уксусной кислоты бутанолом с обратной реакцией омыления бутилацетата является типичным примером обратимой реакции второго порядка, кинетическое уравнение которой можно выразить разностью скоростей прямой и обратной реакций:

где U – скорость этерификации, моль/(л·мин);

CА, СУ, СВ, CZ – текущие концентрации уксусной кислоты, бутанола, бутилацетата и воды соответственно, моль/л;

Таким образом, построение кинетического уравнения рассматриваемой обратимой реакции для изотермических условий сводится к определению в уравнении (2.9) численных значений констант скоростей прямой и обратной реакций, значения которых определяются путем обработки экспериментальных данных.

Расчет искомых констант по экспериментальным данным осуществляется в следующей последовательности.

Рассчитывается по полученным экспериментальным данным константа равновесия по уравнению

где KN,T – экспериментально полученная константа равновесия реакции этерификации уксусной кислоты бутанолом в жидкой фазе при температуре эксперимента

Т;

СУ,0, СВ,0, CZ,0 – начальные концентрации бутанола, бутилацетата и воды в исходном растворе соответственно, моль/л;

СА – экспериментально определенная равновесная концентрация уксусной кислоты, моль/л.

Для вычисления константы скорости прямой реакции применяется одно из уравнений, получаемых интегрированием уравнения (2.9), рекомендуемое для такого расчета и имеющее вид:

где СА,0 – начальная концентрация уксусной кислоты в исходном растворе, моль/л;

СB – рассчитанная по уравнению (2.5) равновесная концентрация бутанола, моль/л.

По рассчитанным значения k1 и КN,Т по формуле (2.10) вычисляется кон-

2.3 Расчет порядка реакции и энергии активации

Порядок реакции и энергию активацию определяют по методам, которые задаются преподавателям. Расчеты сводят в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 – Результаты расчетов порядка реакции и энергии активации

2.4 Оформление отчетов

Отчет оформляется каждым студентом в соответствии с ГОСТ. По полученным результатам делаются выводы.

Список использованных источников

1.Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. 3-е изд. перераб. – М.: Химия, 1981 г. – 608 с., ил.

2.Ильин В.С, Ишкова Э.Ф., Комарова И.А и др. Энциклопедический словарь Брогауза и Ефрона. Мультимедия – издательство «Адепт», 2002 г. 2284 статьи.

3.Миронов Г.С. Теория химических процессов и реакций органического синтеза.- Ярославль: типография Ярославского политехнического института, 1973

г.-161 с.