Глава 3. 113

И^_А(С; 7) = -к&а-Х_А)² + к,,с_кс₅. 124

| 139

Отвечает ли полученный результат устойчивому режиму работы ре­актора идеальною смешения?Глава і 193

Определить оптимальную степень превращения вещества А в реак­торе, оптимальный объем реактора вытеснения и себестоимость про­дукта Я.Глава 5. 281

при температуре, °С:Глава 6. 314

4.3-6 0,84; 41 л; 217,8 руб./кмольсписок 336

2.2-24. Рассчитать равновесное содержание ацетилена, получающегося в процессе восстановления углерода водородом по следующим данным:

Вариант 123 4 567 89 10

Температура, К 700 800 900 1000 1200 1400 1600 !700 1900 2000 Количество во Н₂:

моль ' - 1-1,5-2-2,2-2,5

м³ 100 - 150 - 200 - 250 - 300 -

Температурная зависимость константы равновесия реакции lgÄp = -1190/ Т + 2,37.

2.2-25. Газовую смесь, содержащую 20% объемных долей СО и 80% объемных долей К₂, пропускают при температуре 1273 К и давлении 0,1 МПа над оксидом железа, который восстанавливается до железа по реакции

FeO + СО <=> Fe + С0₂.

Найти состав равновесной смеси, объемные доли, %, и количество образовавшегося Fe, кг, если константа равновесия равна 0,403. Расчет вести на 1000 м³ исходного газа.

2.2-26. Для реакции конверсии оксида углерода СО + Н₂0 <=> Н₂ + С0₂ температурная зависимость константы равновесия имеет вид

lg К_ = -2203,24/7'+ 5,1588-10"⁵Г+

+ 2,5426-10^-7Г² - 7,4617-10 ^1,7³ - 2,3.

Найти состав равновесной смеси при Т = 700 К, если в исходной смеси на 1 моль СО приходится 2,4 моль Н₂0.

2.2-27. Константа равновесия А для реакции S0₂ + 0,50^^ S0₃ при температуре 723 К и давлении 0,1 МПа равна 431,7 МПа"^{0 :!}. Найти для заданных условий К_с

2.2-28. Зависимость константы равновесия АГ_р, Па"¹, от температуры для реакции дегидрирования вторичного бутилового спирта

С₂Н₅СНОНСН₃ ^ С₂Н₅ОС Н₃ + Н₂

имеет вид

IgК_р = -2790/7+ 1,51 lg Т+ 6,869.

Найти состав в молярных долях, %, равновесной газофазной реак­ционной смеси при температуре 600 К и общем давлении 0,2 МПа, если исходная смесь состоит из I моль бутилового спирта и 1 моль во­дорода.

2.2-29. Обратимая реакция А + В <=> 2R с тепловым эффектом Л//°= -30,5 кДж/моль и энтропией AS⁰ = -80 кДжДкмольград) про­текает при температуре 298 К.

Определить, во сколько раз изменится значение равновесной сте­пени превращения вещества А, если соотношение начальных концен­траций реагентов А и В уменьшить от 0,5 до 0,25.

2.2-30. Дегидрирование этилбензола протекает при температуре 850 К и общем давлении 9,8 МО⁴ Па по реакции С₆Н₅С₂Н₅ «=> С₆Н_$С₂Н₃ +Н₂. Для сдвига равновесия реакции вправо используют введение в исход­ную смесь инертного компонента (водяного пара).

Определить, каким должно быть соотношение пар/этилбензол, чтобы равновесная степень превращения увеличилась на 20% но срав­нению со степенью равновесия, рассчитанной для стехиометрической смеси. Константа равновесия равна 5-Ю"⁶ Па""¹.

Ж 2.3. КИНЕТИКА В РАСЧЕТАХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2.3.1. Расчетные формулы

В химической технологии различают скорость прекраще­ния вещества и скорость реакции.

Скорость превращения вещества W_i - количество /-го вещества, ко­торое превращается в единицу времени в единице реакционного про­странства:

УУ _ количествово прекращенного /-го всшсства

' единица времени х единицу реакционной) пространства"

Реакционное пространство — область протекания реакции (объем или поверхность). Если вещество образуется, то > 0, если расходу­ется, W_i < 0.

Так как количества веществ, участвующих в реакции, связаны меж­ду собой стсхиометрическими соотношениями, то скорости их пре­вращения находятся в зависимости

WVv_A - "V^vB = ^r/Vr = ^_S/V_S = const = r.

Здесь знак v_y определен в соответствии с алгебраической формой записи химического уравнения (2.3).

Величину г определим как скорость химической реакции. Она равна абсолютному значению скорости превращения вещества, у которого стехиометричсский коэффициенту^ 1.

Скорость превращения /-го вещества в сложной реакции

= Iv,_y г.,

где г — скорость у-й частной реакции.

Кинетическое уравнение - функциональная зависимость скорости реакции или скорости превращения вещества от условий се протека­ния (концентрации реагентов, температуры, давления):

где к - константа скорости реакции, зависящая только от температуры.

Зависимость к( 7) определяется уравнением Аррениуса

к = А^ехр[—£/(/?7)].

Размерность к определяется видом функциональной зависимости AQw размерностью г.

Вид зависимости/(С) определяется типом и механизмом реакции. ЕслиДС) представлена степенной функцией, т. c.JlQ - С", то величи­ну п называюг порядком реакции. Его обычно определяют эксперимен- тально, поэтому он может не совпадать со стсхиометрическим коэф­фициентом.

Скорость обратимой реакции у_аА + \>_вВ <=> + у^Б записывает­ся в виде разности скоростей прямой г_пр и обратной г_обр реакций:

' = Г_пр - Г_0бр « к_{(7)/,(С) - *_,(7)/₂(0 - к,(Щ{С)\\ - ф(0/ду, где К_? - у*_₃; ф(с) = С£С£/(СХф.

Для сложных реакций вводится дифференциальная селективность по продукту - отношение скорости превращения исходного вещест­ва в заданный продукт к общей скорости превращения исходного ве­щества:

^ = и^Л

где - скорость превращения исходного вещества А в продукт Я;

- общая скорость превращения исходного вещества А.

Для простой реакции = ^ = 1.

Развитие реакции во времени описывается уравнением

йС/6(= ЩС). (2.21)

Простая необратимая реакция первою порядка, т.е. г (С) = кС, с!СД1/ - - кС или с1х/с1/ = г(1 - х). После интегрирования получим

х= 1 — е"*⁷.

Для обратимой реакции первого порядка А <-> К. скорость реакции г— А^Сд — и 6х/<.и= /С|(1 — х) — к__хх~ к_{ — + к__Л)х.

Изменение степени превращения во времени

^к[ е-<*|⁺*-1^)г.

к_} + к__х

Паршьтелытая реакция:

кг

К

аГ

к₂ $

Изменение концентраций:

«куа/- -(*! + к₂ )С_А; с1(у<1/ = ^Сд; с!Сус!/= *₂С_Д. После интегрирования получим:

I

1 лп ~-(к,+к₂)Г]

С_А = С₀е-<*. ⁺ *2>'; С_к == с₀[ 1 - с-«, ⁺

Последовательная реакция:

кл к-у

А——>Я——>5.

Изменение концентраций:

<1С_А/с1г=-Л,С_Л; <\С_К/<Ы=к_хС_А-к₂С^ dC_s/d/=*₂C_R.

После интегрирования получим:

С_Л=С_пе"*1'; (2.22а)

"О к₁ Ч

= ^со - ^са - (2.22в)

Максимальная концентрация целевого продукта К будет достигну­та при условии с!С_к/с1/= 0. Используя решение (2.226), получим коор­динаты точки максимума:

к.

1п ¹

к*2 I к*2 I к^ ку

'тах ⁼ ^ » ^СК,тах ^{= С}А0 ' (2.23)