Сложные реакции - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Сложные реакции. Доклад-сообщение содержит 26 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

2. Сложные реакции 2. 1 Обратимые реакции Для бимолекулярной обратимой реакции k1 A + B  D + F , r = r1 - r2 (2R1) k2 принимая CA= CB = [A], получим исходное уравнение d[A]/dt = -k1[A]2 + k2 (C(0) –[A])2 ; t=0, [A]= C(0) (3.1) Решение (3.1) имеет вид:  = (1+exp(t))(1+ +(1- )exp(t ))-1 (3.2) где exp(t) = exp(-2C(0)k1t/ ) и K= k1/k2 Видно, что учет обратимости усложняет вид кинетического уравнения, и для бимолекулярной обратимой реакции концентрацию нельзя выразить в виде явной функции времени.

Слайд 2

Описание слайда:

Кинетические кривые для реакции (2R1)

Слайд 3

Описание слайда:

2.2 Параллельные реакции: 2.2 Параллельные реакции: вещество А превращается по двум (и более) направлениям k1 A  В и k2 (3.R2) A  D например, при окислении органических веществ параллельно протекают парциальное, а также полное окисление – до CO2 и H2O. Убыль концентрации А и селективность по веществу В определяются уравнениями [A] = C(0)exp{-(k1 +k2)}t; (3.3) и sB = [B]/([B]+[D]) = k1/(k1 +k2) (3.4) Важно: для этой схемы селективность не является функцией времени и концентрации, а зависит только от соотношения констант скорости. Это - визитная карточка параллельной схемы превращения.

Слайд 4

Описание слайда:

2.3 Последовательные реакции: k1 k2 A  B  D (3.R3) Запишем скорости убыли А и накопления В и D: d[A]/dt = - k1[A] d[B]/dt = k1[A] - k2 [B] (3.5) d[D]/dt = k2 [B] Решения системы (3.5) имеют вид:  = exp(-k1t) (3.6)

Слайд 5

Описание слайда:

Кинетические кривые для последовательной реакции: k2 = 0,8 с-1

Слайд 6

Описание слайда:

Важно: в последовательной схеме селективность по промежуточному продукту является функцией времени. Концентрация промежуточного продукта yB проходит через максимум во времени в точке: Важно: в последовательной схеме селективность по промежуточному продукту является функцией времени. Концентрация промежуточного продукта yB проходит через максимум во времени в точке: tmax = ln(k1/k2)/Δk ; Δk= (k1 - k2), (3.10) максимальный выход промежуточного продукта yBmax = (k1/k2)-k2/Δk (3.11) время достижения и величина максимума зависят только от соотношения констант 1й и 2й стадий.

Слайд 7

Описание слайда:

Эти особенности кинетики позволяют обосновать схему протекания сложной реакции с использованием критерия относительной селективности (ρ). Эти особенности кинетики позволяют обосновать схему протекания сложной реакции с использованием критерия относительной селективности (ρ). Если при t0 отношение концентраций продуктов ρ= [D]/[B] отличается от нуля, то D и B образуются в параллельных реакциях: B A D. Если ρ = [D]/[B]0, то эти продукты образуются последовательно: A B D.

Слайд 8

Описание слайда:

Зависимость отношения концентраций [П]/[A] от времени контакта ЦГД-1,2 с (56%Ni-Sn)/SiO2 Зависимость отношения концентраций [П]/[A] от времени контакта ЦГД-1,2 с (56%Ni-Sn)/SiO2

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Описание слайда:

Стационарное состояние и лимитирующая стадия Аналитическое решение и быстрый кинетический анализ невозможны для сложных схем реакции. Поэтому используют упрощения при кинетическом анализе: 1. Стационарное состояние (СС) системы (в закрытых системах - «квазистац. состояние): скорость накопления промежуточного соединения (приблизительно) равна нулю; В схемах A  B  D или A  B  D: d[B]/dt ~ 0.

Слайд 12

Описание слайда:

Применение стационарного приближения позволяет упростить кинетический анализ. Например, система дифференциальных уравнений (3.5) превращается в алгебраические уравнения. Уравнения (3.7) и (3.8) для концентраций продуктов примут простой вид: Применение стационарного приближения позволяет упростить кинетический анализ. Например, система дифференциальных уравнений (3.5) превращается в алгебраические уравнения. Уравнения (3.7) и (3.8) для концентраций продуктов примут простой вид: yB = k1{exp(-k1t)}/k2) (3.12) и yD = 1- exp(-k1t) (3.13) точность этого приближенного решения тем выше, чем меньше отношение k1/k2, как видно из рис. 11. (для улучшения описания можно добавлять продукт В в исходную смесь)

Слайд 13

Описание слайда:

Кинетические кривые для последовательной реакции; a) k2 = 0,8 с-1 b) k2 = 4,0 с-1; yB (точное решение), yB(st) стационарное приближение

Слайд 14

Описание слайда:

2. Допущение о лимитирующей стадии (ЛC) в системе - т.е. предположение о том, что скорость суммарного процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии, например, 2й в схеме A  B  D 2. Допущение о лимитирующей стадии (ЛC) в системе - т.е. предположение о том, что скорость суммарного процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии, например, 2й в схеме A  B  D Скорость лимитирующей стадии 2 равна: r2 = k2 [B] = k2K1[A] (3.14) Кинетика образования продуктов В и D при наличии ЛС имеет вид:  = K1 exp(-K1k2t) (3.15)  = 1- (1+K1)exp(-K1k2t) (3.16)

Слайд 15

Описание слайда:

Кинетика образования продукта D для схемы A  B  D : K1= 0,1; k1 = 1 c-1; k2= 1 (1) и 2 c-1 (2); решение: ─ точное, ∆- для СС и х- для ЛС

Слайд 16

Описание слайда:

Лимитирующая стадия (ЛС) При наличии ЛС вся кинетическая информация относится только к этой медленной стадии. До ЛС происходит накопление вещества, а после ЛС все концентрации промежуточных соединений весьма малы. Когда константа K1>1, СС (и ЛС) дает плохой результат из-за быстрого превращения реагента в закрытой системе. Для применения СС следует поддерживать концентрацию [A] ~ const (в проточном реакторе). Из рисунка видно, что приближения СС и ЛС дают хорошее кинетическое описание, начиная с некоторого момента времени. Поэтому для применения приближения СС рассмотрим динамику накопления продукта D.

Слайд 17

Описание слайда:

Найдем отношение Найдем отношение (3.17) и оценим возможность реализации СС, а также время его достижения с точностью 90%. Пусть k1/k2= 0,5 и k2=0,8 с-1, тогда tм= 1,73 с. Данные расчета по (3.17) приведены ниже: Видно, что вблизи tм величина ошибки приближения СС составляет около 11%, быстро снижаясь с увеличением времени. При t> 3tм величины yD и yD (cт) ~ равны. Следовательно, приближение СС можно использовать при соотношении констант k1/k2 < 1, начиная с момента максимума концентрации промежуточного соединения В.

Слайд 18

Описание слайда:

Применение стационарного приближения для описания неразветвленной цепной реакции разложение ацетальдегида (А) с образованием метана, СО и этана: СН3СНО  СН4 + СО mA = 1,5 Схема протекания реакции: (иниц., разрыв связи С-С) (продолж. ц., отрыв Н от А) (продолжение цепи, разрыв С-С) (обрыв цепи) Из условия стационарности для радикалов, участвующих в продолжении цепи, получим 2 алгебраических уравнения

Слайд 19

Описание слайда:

d[CН3]/dt = k1CA- k2CA[CН3]+ k3[СН3С=О]- k4[СН3]2 = 0 d[CН3]/dt = k1CA- k2CA[CН3]+ k3[СН3С=О]- k4[СН3]2 = 0 d[СН3С=О]/dt = k2CA[CН3] - k3[СН3С=О] = 0 (3.18) из суммы уравнений (3.18) найдем: [CН3] = (k1CA/ k4)0,5 Скорость образования метана (стадия 2) d[CН4]/dt = k2CA[CН3 ] и получим кинетическое уравнение d[CН4]/dt = k2(k1/k4)0,5 CA1,5 (3.19) которое правильно отражает наблюдаемые закономерности.

Слайд 20

Описание слайда:

Этапы разработки формальной кинетической модели процесса Экспериментальное исследование зависимости концентрации реагентов от времени реакции Ci(t), Рассчитывают начальную скорость реакции r0= dCi/dt, (при малой конверсии) и исследуют зависимость r0(Ci) при различных температурах с целью определения значений порядка реакции по всем реагентам (mi) и значений Ен. Применимость найденного порядка реакции проверяют путем расчета константы скорости, используя одно из уравнений в табл. 2. После нахождения констант скорости определяют энергию активации по уравнению Аррениуса. Найденные значения E и mi сопоставляют с имеющимися в литературе, и в случае существенных различий, проводится анализ причин таких расхождений.

Слайд 21

Описание слайда:

Проверка применимости кинетических уравнений в линеаризующих координатах

Слайд 22

Описание слайда:

Реакторы химических процессов Подразделяют по способу подачи реагентов на статические (автоклав) и проточные, по профилю концентраций и температур различают безградиентные (с идеальным перемешиванием) и реакторы идеального вытеснения: дифференциальные (малые градиенты) и интегральные (значительные градиенты). При изменении режима в реакторе (Т, Р, скорости потока) возникает нестационарный режим с неустановившейся температурой, давлением или потоком. Время перехода из одного стационарного режима в другой называется временем релаксации системы, которое обратно пропорционально коэффициенту соответствующего свойства, например, теплопроводности и диффузии.

Слайд 23

Описание слайда:

Нестационарный режим является нежелательным, особенно в промышленности, поэтому наиболее распространенными являются проточные реакторы, в которых процессы тепло- и массообмена легко регулируются. Нестационарный режим является нежелательным, особенно в промышленности, поэтому наиболее распространенными являются проточные реакторы, в которых процессы тепло- и массообмена легко регулируются. В статическом реакторе время реакции является отрезком астрономического времени. В проточном реакторе время реакции (время пребывания) равно отношению объема реакционного пространства к объемной скорости потока τ = VR/QA и не связано с астрономическим временем. Для реактора идеального вытеснения, справедливы указанные выше кинетические уравнения, при использовании вместо времени t величины . Покажем это на примере реакции 1-го порядка А  В, протекающей в цилиндрическом реакторе идеального вытеснения

Слайд 24

Описание слайда:

Цилиндрический реактор идеального вытеснения: QA – объемная скорость потока; dVR – элемент объема реактора, в котором превращается часть вещества dx.

Слайд 25

Описание слайда:

откуда rdVR = QAC(0)dx и, разделяя переменные, получим dVR/QA = C(0)dx/r (3.21) откуда rdVR = QAC(0)dx и, разделяя переменные, получим dVR/QA = C(0)dx/r (3.21) С учетом начального условия: при  =0, x = 0 найдем общее выражение связи времени пребывания со степенью превращения для реакции, протекающей в реакторе идеального вытеснения: (3.22) Для реакции 1-го порядка и после взятия интеграла, получим k. = -ln(1-х) (3.23)

Слайд 26

Описание слайда:

Реактор идеального перемешивания является безградиентным, т.е. скорость процесса в реакторе не зависит от тепло- и массопереноса, геометрии реактора, скорости потока и др. В таком реакторе расчеты упрощаются по причине отсутствия градиентов концентраций – следовательно, не надо интегрировать дифференциальные уравнения. Из уравнения материального баланса по исходному веществу А QA(C(0) – CA) – rVR = 0 вводя время пребывания в реакторе, для реакции 1-го порядка получим кинетическое уравнение в реакторе идеального перемешивания:

Теги Сложные реакции

Похожие презентации