Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ




Скачать 362.57 Kb.
НазваниеСборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ
страница2/4
Дата публикации27.03.2014
Размер362.57 Kb.
ТипСборник задач
litcey.ru > Физика > Сборник задач
1   2   3   4

КАТАЛИЗ



1. В проточный реактор поступает смесь СО (0,5 атм) и Н2O (1 атм).

Равновесие K1

СО + Н2О ⇆ СО2 + Н2

характеризует при температуре реактора величина константы равновесия К = 20, а величина К1 равна I0-2 атм -1 с -1. Время нахождения смеси в реакторе 102 с . Рассчитать процент прев-ращения СО и H2O в СО2 и Н2 от предельного термодинамически возможного превращения.



X1 0,5; X2 1 Физический смысл имеет только первый корень X1 = 0,5.

Тогда равновесный процент превращения СО 100%; Н2O 50%

К1 = 10-2 атм -1 c -1 (константа второго порядка).

Для реакции 2-го порядка -- давление Н2О

- давление CO

,

при Т = 102 с K1 = 10 -2 атм -1 с –1 X = 0,15.

Процент превращения: за 102 с

для СО = 30%; для Н2О =15%

от термодинамически возможного превращения по обоим компонентам составит ≈ 30%

При переходе в область внутренней диффузии для реакции 1-го порядка по диффундируемому компоненту

W = KCr

η ,

(η – степень использования, Ψ – параметр Тиле, СД – концентрация диффундируемого компонента).

Ψ ;

W ;

Откуда Евнутр. д = 50; n = 1.
В области внешней диффузии

W = β · CD,

β - эффективный коэффициент диффузии

Евнеш.диф = 5 ÷ 10 ; n = 1.
2. Каталитическое гидрирование I-гексена на твердом пористом катализаторе в избытке Н2 протекает по 1-му порядку c Eакт.= 100 ; T = 500 K. С повышением температуры реакция переходит во внутридиффузионную, затем внешнедиффузионную область. Как изменится Eакт. и кинетический закон реакции?

Для реакции 1 -го порядка в реакторе идеального смешения

W = = KC

или Kδ = , где X - степень превращения

откуда КТ = = 4.

Для реактора идеального вытеснения

W= = KC.

Интегрирование: КТ = ln

- ln(1-X) = 4, X = 98,2%.
3. Реакция первого порядка происходит в реакторе иде­ального перемешивания, степень превращения равна 80%, сред­нее время пребывания реагента в реакторе равно τ . Эту же реакцию проводят в реакторе идеального вытеснения, время пребывания реагента в реакторе также равно τ, чему равна степень превращения?

4. Механизм гетерогенной реакции, А — — →продукты, протекающей на активных центрах, имеющих форму круга с ра­диусом R, включает мономолекулярную, адсорбцию и десорбцию молекул А, поверхностную диффузию частиц А к активным цент­рам, реакцию на активных центрах. Реакция происходит "мгно­венно" в момент достижения активного центра. Поверхность од­нородна. Адсорбция и десорбция описывается обыкновенными уравнениями Лэнгмюра. Расстояние между активными центрами значительно больше, чем R. Выполняется условие γ R >> 1, 1/τ = К2 + KaP/C0, Ka и К2 - константы скорости адсорбции и десорбции. Р - давление газа, С0 - число элементарных яче­ек на единице площади поверхности. Реакция протекает в ста­ционарном режиме. Найти зависимость скорости реакции, опре­деляемой, как число молекул, реагирующих на одном активном центре, от коэффициента диффузии.

γ = (Dτ )-1/2 D-коэффициент поверхностной диффузии.



Число молекул, реагирующих на одном активном центре в единицу времени равно диффузионному потоку адсорби­рованных частиц к этому центру


j = D · L · = D · 2πR · ; (*)

Молекулы, которые попадают на поверхность на расстоянии х большем, чем длина их диффузионного пробега по поверхности не успевают прореагировать и десорбируются. Поэтому на рас­стоянии от активного центра больше чем ~ концентрацию молекул считать равновесной, т.е.

C0 = Ө C0 = .

На границе активного центра С = 0. Отсюда градиент можно приближенно оценить как

~ ;

подставляя в (*) получим

j ~ D · 2πR· · = 2πR··KdP = 2πR·KdP = Sкольца· KdP.

Получаем вполне наглядный результат: скорость реакция равняется скорости адсорбции в кольцо, толщиной равной длине диффузионного пробега, вокруг активного центра. Для полноты необходимо еще учесть попадание молекул на активный центр из газовой фазы, т.е. πR2Кd Р.
5. На однородной поверхности протекает бимолекулярная реакция А + В→ С (газ). Частицы В расположены на поверх­ности в виде непересекающихся островков одинакового радиуса, остальная часть поверхности занята частицами А. Реакция про­текает на границах островков в кинетическом режиме, т.е. ре­акция не лимитируется диффузией частиц А к островкам. Найти зависимость покрытия (ӨA, ӨB) поверхности реагентами от времени.

ӨA = ; ӨB = , где NA и NB - число

частиц на единице поверхности, N0 - число адсорбционных мест на единице поверхности. Внутри островков покрытие монослойное, т.е. все адсорбционные места заняты
частицами В. В начальный момент времени = , т.е. Ө = Ө.

Пусть на единице поверхности находится mB островков частиц В радиуса r, тогда

ӨB = .



Скорость исчезновения частяц В описы­вается выражением = -K · 2πr · nA · mB (*), где К - константа, nA -реальная
(в от­личии от кажущейся концентрации ) концентрация частиц А на поверхности


nA = = ;

далее, исходя из равенства ӨB = π r2mB находим r = , и очевидного соотношения ӨA = ӨB (в любой момент времени) подставляя в (*) получим:



6. Должна быть достигнута производительность 50 тонн в сутки этипацетата, получаемого в реакторе лериодаческого дей­ствия из этилового спирта и уксусной кяслотн:

C2H5OH + CH3COOH ⇆ CH3COOO2H5 + H2O
(А) (B) (R) (S)

Скорость реакций в жадной фазе:

rА =KаСв - )

При 100°С К = 7,93 · I0-6 м3/кмолъ с, К = 2,93 В исходной жидкости содержится 23% вес. кислоты, 16% вес. спирта и отсутствует эфир. Должна достигаться степень прев­ращения кислоты - 35%. Плотность жидкости примерно постоян­ная - 1080 кг/м3. Реактор будет работать 24 часа в сутки. Время для заполнения, опустошения и прочее составляет в сум­ме для подобных реакторов - 1 час. Какой требуется объем ре­актора?
7. При каталитической полимеризации олефинов рост поли­мерной цепа протекает по следующему механизму:



Активность катализатора экспериментально измеряют как количество образующегося полимера (заполимеризованного моно­мера), отнесенное к количеству катализатора и единице времени.

Активность катализатора (А) определяется уравнением:

A = KPСр[M]

где Ср - число центров роста (растущих металл-полимерных связей), KP - реакционная способность центра роста, [M] -- концентрация мономера.

Вывести уравнение для величинн KP с учетом вышеприве­денного механизма полимеризация. Проанализировать крайние случаи, учитывая экспериментально наблюдаемый 1-й порядок скорости полимеризаций со концентрации мономера. На навеске катализатора 0,01 г
(с содержанием переход­ного металла 2%) за 1 час получено 40 г полиэтилена при концентрации этилена 0,25 моль/л. Какова доля работающего переходного металла в катализаторе, если реакционная способ­ность центров роста составляет 10-4 л/моль с?
8. В реакторе с неподвижным слоем катализатора протека­ет необратимая реакция типа А→ В первого порядка. Выраже­ние для скорости реакции:

W = K0exp( ) c

К0 = 5·108 с-1, Е = 20000 кал/моль, R = 1,987 кал/моль· град.

Реактор идеального вытеснения. В реакторе реализован темпера­турный профиль

t = (200 + 100(1 - ехр(-ξ)))°С, где ξ - безразмерная координата длины слоя катализатора из­меняющаяся от 0 до I.

В этих условиях на выходе из реактора степень превраще­ния составляет 98,5%.

Какая степень превращения будет достигаться, если газ будет двигаться в противоположном направлений?
9. Под действием рентгеновского излучения в атмосфере кислорода на поверхности твердого тела образуются короткожи-вущие активные центры А* хемосорбции кислорода:

+O2 AO2

A*

A

Считая, что хемосорбция при Т = 500°С протекает по механизму Или-Ридила с коэффициентом прилипания æ = 10-1, определять зависимость начальной скорости хемосорбции Wхем от давле­ния кислорода Ро2 и оценить значения Wхем при Ро2 = 100 Топ и
10-6 Тор. Время жизни активных центров 10-3 с, скорость их образования 3·1010 см –2 с-1 Состояние А неактивно в процессе хемосорбции..
10. В реакторе идеального вытеснения исследуют актив­ность катализатора в реакции гидрирования вещества А в ивбыт-ке водорода. Скорость реакции имеет первый порядок по концен­трации А и катализатору. Скорость подачи реакционной смеси в реактор V (л/с). Концентрация А на входе в реактор C0. Вес катализатора m (г), объем катализатора V (л). В ходе реак­ции катализатор дезактивируется, концентрация А на выходе из реактора в присутствии свежего катализатора составляет Сх, через 1 час работы катализатора Сх1.

  1. Во сколько раз уменьшилась активность катализатора, если:

а)

б)

в)

  1. каком из экспериментов (а,б,в) получены наиболее достоверные данные по дезактивации катализатора?

  2. Как изменится Сх если насыпной вес катализатора увеличить в 2 раза?

1   2   3   4

Похожие:

Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconЗадачи к кандидатским экзаменам по специальности 02. 00. 15 «Химическая кинетика и катализ»
Жидкость прокачивается по контуру с объемной скоростью u. В реакторе идет реакция первого порядка с константой скорости K. Каким...
Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconТемы рефератов для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 08. 00. 10
Финансовые ресурсы, их специфические признаки, виды, источники формирования и направления использования
Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconВопросы для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 08. 00. 10
...
Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconВопросы к кандидатскому экзамену по специальности 08. 00. 01 «Экономическая теория»

Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconСборник задач по трудовому праву включают в себя задачи по 12-ти...
Трудовое право: сборник задач / [сост. Н. А. Маргацкая]. – Красноярск: юи красГУ, 2005. – 96 с
Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconВопросы для подготовки к итоговому междисциплинарному экзамену по...
...
Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconМинистерство образования и науки РФ новосибирский государственный...
Учебный курс «Физическая кинетика» является частью профессионального цикла подготовки магистра физики. Дисциплина изучается студентами...
Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconВопросы для подготовки к итоговому междисциплинарному экзамену по...

Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconАвтономная некоммерческая организация высшего профессионального образования...
Методическое пособие (сборник задач) по подготовке к итоговому междисциплинарному экзамену
Сборник задач для подготовки к кандидатскому экзамену по специальности 02. 00. 15 Химическая кинетика и катализ iconРеферат к кандидатскому экзамену по истории и философии науки
Рапорт на имя начальника института, согласованный с руководителем подразделения по месту прохождения
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница