Расчет равновесного состава реакционной смеси по закону действующих масс.
Для данной реакции:
Кр =
Парциальные давления определяются по закону Дальтона:
Материальный баланс веществ в реакционной смеси определяется по выражениям:
nRCl=1-x ,
nRCН=CH2=x ,
nRCl=x,
где х – равновесный выход продукта.
Мольный состав реакционной смеси будет равен:
åni = nRCl+ nRCН=CH2+ nHCl =1-x+x+x=1+x .
,
,
Kp=
Расчет равновесного состава реакционной смеси по закону действующих масс представлен в таблице 8.
Таблица 8. Расчет равновесного состава реакционной смеси по закону действующих масс.
Т1к |
Кр |
|
Состав реакционной смеси |
||
YRCl |
YRCl=CH |
YHCl |
|||
300 |
35164301732 |
0,945 |
0,028 |
0,486 |
0,486 |
400 |
4,84497E+13 |
0,9995 |
0,00025 |
0,4998 |
0,4998 |
500 |
4,58359E+16 |
0,9996 |
0,0002 |
0,4999 |
0,4999 |
600 |
6,59411E+19 |
0,9997 |
0,00015 |
0,49999 |
0,49999 |
Из таблицы 8 следует, что равновесный выход достигается уже при Т=400 К. При этой температуре протекание реакции не лимитируется термодинамическими ограничениями.
Расчет теплового эффекта реакции с учетом равновесной реакции алкена с соляной кислотой.
ΔrH0300,P= -59693*0,945=-59693 Дж/моль
ΔrH0400,P=-58407*0,9995=-58407Дж/моль
ΔrH0500,P=-55107*0,9996=-55107Дж/моль
На основе этих данных следует, что с повышением степени превращения исходных веществ полезное потребление энергии в форме теплоты для нагрева реакционной смеси реагентов немного уменьшается.
Расчет изменения энергии Гиббса по интегральному уравнению Гиббса-Гельмгольца.
Тогда J= 387,69
Расчет изменения энергии Гиббса по интегральному уравнению Гиббса-Гельмгольца представлен в таблице 9.
Таблица 9. Расчет изменения энергии Гиббса по интегральному уравнению Гиббса-Гельмгольца
Т, К |
|
0,644 ×TlnT |
0.0244×T2 |
0,00002085×T3 |
387,69T |
|
300 |
-58473,2 |
1101,97 |
2196 |
562,95 |
116307,00 |
60568,82 |
400 |
-58473,2 |
1543,40 |
3904 |
1334,40 |
155076,00 |
100715,80 |
500 |
-58473,2 |
2001,10 |
6100 |
2606,25 |
193845,00 |
140866,65 |
600 |
-58473,2 |
2471,77 |
8784 |
4503,60 |
232614,00 |
180892,97 |
700 |
-58473,2 |
2953,23 |
11956 |
7151,55 |
271383,00 |
220667,48 |
800 |
-58473,2 |
3443,91 |
15616 |
10675,20 |
310152,00 |
260063,51 |
900 |
-58473,2 |
3942,67 |
19764 |
15199,65 |
348921,00 |
298954,82 |
1000 |
-58473,2 |
4448,59 |
24400 |
20850,00 |
387690,00 |
337215,39 |
Данные таблицы 9, полученные расчетом по формуле Гиббса-Гельмгольца, немного отличаются от данных, приведенных в таблице 6 и рассчитанные по формуле Тёмкина-Шварцмана.
Вывод.
В заключение можно отметить, что реакция гидрохлорирования не имеет термодинамических ограничений на её осуществление в промышленном масштабе.