Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів

(48)

Розрахунок Е проводять по формулі:

(49)

де, R = 8.314 * 10^-3 кДж/моль.

Рис.15. Графік для визначення Е і k₀

Відрізок, що відтинається на осі lnk, дорівнює lnk₀. Підставляючи отримані дані в рівняння (45) одержують рівняння для конкретної залежності k =ц (ф).

Орієнтовано величину Е можна знайти безпосередньо з графіка в = ц (ф). Для цього знаходять значення в для різних температур, що відповідають тому самому часу ф_к Потім складають таблицю 2.

Таблиця 2. Дані для визначення Е по залежності в = ц (ф)

В останню графу заноситься константа швидкості, отримана як результат розподілу кожної величини в_i на максимальне значення в_max (відповідне максимальній температурі). За отриманим значенням К_відн будують графік, аналогічний показаному на рис. 15 і розраховують Е и k_0.

Коефіцієнт Вант-Гоффа знаходять за формулою:

(50)

На основі отриманих результатів роблять висновок про тип і модель кінетики.

2. ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

2.1 Постановка завдання

На підставі експериментальних даних процесу вилучення з'єднань натрію з відпрацьованого никель-хромового каталізатора побудувати кінетичні криві, розрахувати енергію активації, підібрати рівняння, що характеризує кінетику перетворення і підібрати модель процесу.

2.2 Виконання завдання

За даними таблиці будуємо кінетичні криві для заданих температур 1 - 20 ⁰С, 2 - 55 ⁰С і 3 - 85 ⁰С відповідно (рис. 16).

Рис. 16. Кінетичні криві

На підставі графічних залежностей ступеню перетворення початкової речовини від часу ф (рис. 16) визначаємо швидкість процесу:

де k - відносна швидкість реакції, хвил^-1.

По тангенсу кута нахилу прямих (рис. 16) визначаємо константу швидкості екстракції натрію з каталізатора: k₂₀ = 0,02; k₅₅ = 0,045; k₈₅ = 0,11 [хвил ^-1].

Для кінетичної обробки даних складаємо таблицю:

За даними таблиці будуємо графіки, які відповідають кінетичним рівнянням 45, 46, 47 (рис. 17-19).

Рис. 17. Обробка даних по рівнянню 45

(1 - температура 20 ⁰С, 2 - температура 55 ⁰С, 3 - температура 85 ⁰С).

Рис. 18. Обробка даних по рівнянню 46

(1 - температура 20 ⁰С, 2 - температура 55 ⁰С, 3 - температура 85 ⁰С).

Рис. 19. Обробка даних по рівнянню 47

(1 - температура 20 ⁰С, 2 - температура 55 ⁰С, 3 - температура 85 ⁰С).

Вплив температури на константу швидкості процесу описується рівнянням:

(51)

(48)

Для визначення енергії активації будуємо графічну залежність lnk від 1/Т (рис.17).

Т, ^0С Т, К 1/T

20 293 3,41*10-3

55 328 3,05*10-3

85 358 2,79*10-3

ln k₂₀ = ln 0,02= -3,91 ln k₅₅ = ln 0,045= -3,1 ln k₈₅ = ln 0,11= -2,21

Рис. 20. Залежність ln k від 1/T

Графічна залежність ln k = f(1/T) (мал. 20) дозволяє визначити чисельне значення ln k₀ енергії активації по формулі 49:

(52)

Розрахункове значення енергії активації складає 21,5 кДж/моль, а чисельне значення ln k₀ = = -5,6 . В результаті, відповідно до рівняння 48, вплив температури на константу швидкості екстракції водорозчинних домішок з каталізатора описуватиметься рівнянням:

(53)

а сам процес екстракції домішок відповідно до виразів 48,49,51 рівнянням:

(54)

де в_ф - поточний ступінь вилучення натрію;

Т - температура процесу, К;

ф- час, хвил.

ВИСНОВОК

Процеси вилужування протікають в кінетичній області мають енергію активації 40 - 300 кДж/моль, а в дифузійній 8 - 21 кДж/моль. На підставі цього можна зробити висновок, що процес екстракції натрію з никель-хромового каталізатора лежить в дифузійній області. Враховуючи, що домішки, внесені в каталізатор в процесі експлуатації, знаходяться в тонкому його зовнішньому шарі і не проникли глибоко в пори, лімітуючою стадією слід вважати дифузію іонів в прилеглому до каталізатора шарі води.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Панченков Г.М., Лебедев В.П. Химическая кинетика и катализ: Учеб. пособие для вузов. Изд. 3-е перераб. и дополн. - М.: Химия, 1985.-592 с.

2. Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии: Учеб. пособие для вузов. - Л.: Химия. 1985.-384 с.

3. Безденежных А.А. Инженерные методы составления уравнений скоростей реакций и расчета кинетических констант. - Л.: Химия, 1973.-256с.

4. Царева З.М., Орлова Е.И. Теоретические основы химической технологии. - к.: Вища шк., 1986.-271 с.

5. Зайцев О.С. Общая химия. Состояние веществ и химическое реакции. - М.: Химия. 1990.-352 с.

6. Романенко Н.В., Орлов А.Г., Никитина Г.В. Книга для начинающего исследователя- химика - Л.: Химия, 1987. - 280 с.

7. Розовский А.Я. Кинетика топохимических реакций - М.: Химия, 1974. - 274 с.

8. Курса Н.Є., Корчуганова О.М. Методичні вказівки для виконання лабораторної роботи з УНДР "Термоваговий аналіз при постійній температурі" (для студентів спеціальності 7.091602 "Хімічна технологія неорганічних речовин" очної і заочної форм навчання ) - Сєвєродонецьк: СТІ СНУ ім. Володимира Даля. 2005 - 19 с.

10. Соловьёв Г.И., Суворин А.В., Колесникова Т.Б. Методические указания к выполнению контрольных заданий по дисциплине "Кинетика и катализ в ТНВ" (для студентов заочной формы обучения специальности "Химическая технология неорганических веществ") - Северодонецк: изд-во СТИ, 2005 г., 75 стр.

Размещено на Allbest