4.3. Обработка экспериментальных данных

4.3.1. Форма записи результатов работы

Исходные данные заносят в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Исходные данные

Навеска колчедана, г	Температура обжига, С	Расход воздуха, л/мин	Фракционный состав, мм	Концентрация щёлочи, моль/л

Экспериментальные данные заносят в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Экспериментальные результаты

Время от начала опыта, мин	Объём щёлочи на титрование, мл	Количество выгоревшей серы, г	Степень выгорания серы, %	Скорость процесса, г/мин

4.3.2 Проведение расчётов

Количество серы, пошедшее на образование SO₂, рассчитывают по формуле

X_s = 8 V_x N_щ 10^-3 , г , (4.8)

где V_x - объём щёлочи, израсходованный к данному моменту времени, мл; N_щ - концентрация щёлочи, моль/л.

Поскольку при обжиге колчедана применяется избыток воздуха, кинетика процесса описывается уравнением первого порядка по содержанию серы в колчедане

-dG_s/d = k G , (4.9)

где G_s - содержание серы в колчедане в данный момент времени, г;  - время, мин; k - константа скорости процесса, мин^-1.

Интегрирование уравнения (4.8) даёт выражение

ln(G⁰_s/G_s) = k  , (4.10)

где G⁰_s - начальное содержание серы в колчедане, г.

Текущую концентрацию серы в колчедане определяют по формуле

G_s = G⁰_s – X_s . (4.11)

Начальную концентрацию серы в колчедане определяют по формуле

G⁰_s = 8 V_max N_щ 10^-3 , (4.12)

где V_max - максимальный объём щёлочи в опыте, мл; N_щ - концентрация раствора щёлочи, моль/л.

4.3.3. Компьютерная обработка данных

Все расчёты можно проводить с использованием вычислительной техники по специально составленной программе, использующей соотношения (4.9-4.11). Задача сводится к нахождению коэффициентов в уравнении прямой (4.12), проходящей через начало координат:

Y = k  , (4.13)

где Y - левая часть уравнения (4.9).

Неизвестным параметром в уравнении (4.12) является константа скорости процесса k. По методу наименьших квадратичных отклонений константу скорости k можно рассчитать по формуле

(4.14)

где N – количество экспериментальных точек в опыте.

4.3.4. Определение стадии, лимитирующей скорость процесса

Стадия, лимитирующая скорость процесса, определяется расчётным путём по величине среднеквадратичного отклонения времени полного выгорания серы для случая внешней диффузии:

 = _i/X_i , (4.15)

где _i - время протекания процесса обжига, мин; X_i - степень выгорания серы;

для случая внутренней диффузии:

 = _i/((1 - 2 (1 - X_i)^2/3 + 3 (1 - X_i)^1/3); (4.16)

для случая поверхностной химической реакции:

 = _i/((1 - (1 - X_i)^1/3) . (4.17)

Величины, рассчитанные по уравнениям (4.15-4.17), обрабатывают методами статистики и определяют среднеквадратичные отклонения. Лимитирующая стадия соответствует наименьшему среднеквадратичному отклонению.

4.3.5. Графическое представление результатов эксперимента

По результатам эксперимента строят графические зависимости степени превращения серы от времени обжига X = f() и зависимость скорости процесса от времени U = f().

Рекомендуемая литература

1. Практикум по общей химической технологии /Под ред. И.П. Мухленова.– М.: Высшая школа, 1979. – С.57-66.

2. Общая химическая технология /Под ред. И.П. Мухленова. – М.: Высшая школа, 1977. Т.1. – С.168-170; Т.2. – С.7-32.

РАБОТА № 5. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ИДЕАЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ

5.1. Теоретические сведения

5.1.1. Периодический реактор идеального смешения

В периодический реактор все реагенты вводят до начала реакции, а все продукты выводят из него только по окончании процесса. В ходе реакционного цикла никаких веществ в реактор не вводят и из него не выводят, так что общая масса реакционной смеси в реакторе остается постоянной, изменяется лишь состав.

Х арактеристическое уравнение реактора периодического действия имеет вид:

(5.1)

где  - время пребывания основного реагента А, с; С_Ао - начальная концентрация компонента А, моль/л; х_А - степень превращения; u_А - скорость расходования вещества А в результате реакции, моль/м³с;