Đang tải... (xem toàn văn)
Trong quá trình học tập tại trường, chúng em đã được ban giám hiệu và thầy cô tạo những điều kiện tốt nhất cho quá trình học tập, tận tình chỉ dạy cho chúng em những kiến thức bổ ích, giúp chúng em ngày càng tiến bộ hơn.Mặc dù tiểu luận được thực hiện trong một thời gian không dài nhưng tất cả các thành viên trong nhóm chúng em đã cố gắng hết sức để có thể hoàn thành tốt.Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Cao Thanh Nhàn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập và thực hiện tiểu luận.Xin chân thành cảm ơn.
BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TIỂU LUẬN KỸ THUẬT PHẢN ỨNG Đề tài: Lớp : DHHO2A – 0811210407601 Nhóm :1 GVHD : Cao Thanh Nhàn TP.HCM, tháng 12 năm 2008 BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TIỂU LUẬN KỸ THUẬT PHẢN ỨNG Đề tài: NHÓM THỰC HIỆN: nhóm 1 Đặng Hoàng Khuyết - 0605200 (nhóm trưởng) Bùi Thị Minh Xuân - 0604319 Trần Hữu Tình - 0604316 Phan Thị Anh - 0605561 TP.HCM, tháng 12 năm 2008 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập trường, chúng em ban giám hiệu thầy cô tạo điều kiện tốt cho trình học tập, tận tình dạy cho chúng em kiến thức bổ ích, giúp chúng em ngày tiến Mặc dù tiểu luận thực thời gian không dài tất thành viên nhóm chúng em cố gắng để hoàn thành tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Cao Thanh Nhàn tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em suốt trình học tập thực tiểu luận Xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC Lời cám ơn Mục lục Lời mở đầu Bài tập Bài 2.1 Bài 2.2 Bài 2.3 Bài 2.4 11 Bài 2.5 13 Bài 2.6 17 Bài 2.7 19 Nhận xét giáo viên 20 Danh sách nhóm 21 LỜI MỞ ĐẦU Một quy trình công nghệ hoá học thiết kế nhằm để sản xuất cách kinh tế sản phẩm mong muốn từ nguồn nguyên liệu khác qua số công đoạn xử lí nối tiếp Thiết kế thiết bị phản ứng công việc theo khuôn mẫu có sẳn, mà thường gồm nhiều thiết kế khác cho qui trình Thiết kế tối ưu phản dựa tính kinh tế toàn qui trình không phản dựa thiết bị phản ứng Đề thiết kế thiết bị phản ứng ta phải có kiến thức số liệu thuộc nhiều lĩnh vực khác như: nhiệt động lực học, động hoá học, học lưu chất, truyền nhiệt, truyền khối, kinh tế Kỹ thuật phản ứng hoá học tổng hợp yếu tố thuộc lĩnh vực nhằm mục đích thiết kế đắn thiết bị phản ứng Nhưng công việc trước hết việc thiết kế thiết bị phản ứng xử lý số liệu động học Từ yêu cầu thực tế, từ điều kiện cho sẵn từ đầu,… ta tính toán tìm số quan trọng thiết bị phản ứng, để dễ dàng điều chỉnh theo yêu cầu thực tế Để hiểu rõ việc xử lý số liệu động học, ta tìm hiểu số tập sau 2.1 Cho phản ứng phận huỷ pha khí đồng thể bậc 0: A→2,7R, thực bình phản ứng tích không đổi với hỗn hợp ban đầu gồm 80% A 20% khí trơ, ta có kết bảng sau: Thời gian, h Áp suất tổng, at 1,5 a) Nếu hỗn hợp ban đầu có áp suất tổng 10at gồm A nguyên chất khí trơ, xác định áp suất tổng sau 1h b) Nếu ban đầu A có áp suất riêng phần 1at, khí trơ có áp suất riêng phần ban đầu 9at Xác định áp suất tổng sau 1h Giải: Biểu thức tích phân phản ứng bậc 0: CA0 - CA = kt ⇔ PA0 - PA = RTkt (k=const) ⇔ PA0 - PA = k’t (k’=const) Ta có: A t=0 : 0,8 Phản ứng : x t=1h : 0,8-x → 2,7R 2,7x 2,7x (Ptrơ=0,2) Sau t=1h, áp suất tổng : Pt = 1,5 ⇔ 0,8 – x + 2,7x + 0,2 = 1,5 ⇔ x = 5/17 Khi t=1h, ta có : PA0 - PA = k’t ⇔ 0,8 – (0,8 - x) = k’.1 ⇔ x = k’ ⇔ k’ = 5/17 a) A t=0: 10at Phản ứng: y t=1h: 10-y → 2,7R 2,7y 2,7y Sau t=1h : Áp suất tổng: Pt = 10 – y + 2,7y = 10 + 1,7y Ta có : PA0 - PA = k’t ⇔ y ⇔ y = k’.1 = 5/17 Vậy: áp suất tổng sau 1h : Pt = 10 + 1,7y = 10 + 1,7.5/17 b) A t=0: 1at Phản ứng: z t=1h: 1-z → 2,7R 2,7z (P trơ = 9at) 2,7z (Ptrơ = 9at) Sau 1h: Áp suất tổng: Pt = 1-z + 2,7z + = 10 + 1,7z Ta có: PA0 - PA = k’t ⇔ z = k’.1 ⇔ z = 5/17 Vậy: áp suất tổng sau 1h: Pt = 10 + 1,7z = 10 + 1,7.5/17 = 10,5 (at) 2.2 Phản ứng pha lỏng A→R+S xảy sau: Thời gian (phút) CA (mol/l) 36 65 100 160 ∞ 0,1823 0,1453 0,1216 0,1025 0,0795 0,00494 Với CA0 = 0,1823 mol/l; CR0=0; CS0≈55 mol/l Tìm phương trình vận tốc cho phản ứng Giải Ta có phương trình vận tốc phản ứng −VA = −dA = k f (C ) dt Giả sử phản ứng bậc −dA =k dt ⇔ −∫ CA C A0 t dC A = ∫ k dt ⇔ C A0 − C A = k t (y = ax) Theo đề bài, ta lập bảng số liệu: t C A0 − C A 0 36 0,037 65 0,0607 100 0,0798 160 0,1028 0.12 y = 0.0006x R = 0.9486 0.1 t 0.08 0.06 0.04 0.02 0 50 100 150 200 CA0 - CA Giả sử phản ứng bậc −dA = k C A dt ⇔ −∫ CA C A0 ⇔ − ln t dC A = ∫ k dt CA CA = k t C A0 (y = ax) Theo đề bài, ta lập bảng số liệu: t 0 CA C A0 − ln 36 0,2268 65 0,4049 100 0,5758 160 0,8299 0.9 y = 0.0052x 0.8 R = 0.9901 0.7 t 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 50 100 150 200 ln Giả sử phản ứng bậc 2: −dA = k C A2 dt ⇔ −∫ CA C A0 ⇔ t dC A = k dt C A2 ∫0 1 − = kt C A C A0 (y = ax) Theo đề bài, ta lập bảng số liệu: t 1 − C A C A0 0 36 1,3968 65 2,7382 100 4,2706 160 7,093 y = 0.0446x R = 0.9988 t -1 50 100 150 200 1/CA-1/CA0 Qua lần giả sử, ta thấy với phản ứng bậc cho kết xác Vậy: phương trình vận tốc cần tìm có dạng: −dA = 0, 0446.C A2 dt 10 2.3 Tìm bậc tổng quát phản ứng không thuận nghịch: 2H2 + 2NO N2 + 2H2O Từ số liệu thực nghiệm bình phản ứng tích không đổi dung lượng đẳng mol H2 NO Áp suất tổng, mmHg 200 240 280 320 360 t 1/2, s 265 186 115 104 67 Giải Đặt áp suất ban đầu H2 = áp suất ban đầu NO PA0 ( nH2 = nNO) Ta có: 2H2 + 2NO N2 + 2H2O t=0 PA0 PA0 0 Phản ứng 0.5PA0 0.5PA0 0.25PA0 0.5PA0 t= ½ (PA0 – 0.5PA0) (PA0 – 0.5PA0) 0.25PA0 0.5PA0 Suy ra: Pt = (PA0 – 0.5PA0) + (PA0 – 0.5PA0) + 0.25PA0 + 0.5PA0 = 1.75PA0 PA0 = Ta có : t1/2 = t1/2 = = Lấy logarit vế phương trình ta được: Ta có: Pt 200 240 280 320 360 4.738701579 4.921023135 5.075173815 5.208705208 5.326488244 265 186 115 104 67 11 5.579729826 5.225746674 4.744932128 4.644390899 4.204692619 2.5 D.F.Smith nghiên cứu phản ứng phân huỷ pha khí clorua sunfurul SO2Cl2 thành khí Clo SO2 279,2oC: SO2Cl2→Cl2+SO2 điều kiện thể tích hỗn hợp không đổi, theo dõi áp suất tổng cộng theo thời gian phản ứng kết sau: T (ph) 3.4 15.7 28.1 41.1 54.5 68.3 82.4 96.3 Pt 325 335 345 355 365 375 385 395 (mmHg) Xác định phương trình vận tốc? Độ chuyển hoá 100% thời điểm vô cực Giải Ta có phương trình phản ứng tổng quát −dC A = −rA = k C An dt Với bình phản ứng gián đoạn V=const C A = C A0 (1 − X A ) CA = Hay: PA0 − ( P − P0 ) / ∆n R.T Với ∆n = 1, PA0 = P0 ⇒ CA = PA0 − ( P − P0 ) R.T = P0 − P R.T Suy phương trình vận tốc theo áp suất tổng: n dP 2P − P =k ÷ R.T dt R.T Đặt: k ' = k ( RT )1− n Nên: dP = k '(2 P0 − P )n dt Dùng đa thức nội suy Langrange, ta tính P0 = 323 mmHg Giả sử phản ứng bậc dP =k' dt Lấy tính phân ta được: P = P0 + k ' t Dựa vào đề bài, ta lập bảng: T (ph) 3.4 15.7 28.1 P-P0 12 22 41.1 32 54.5 42 68.3 52 82.4 62 96.3 72 Vẽ đồ thị: 12 Giả sử phản ứng bậc dP = k '(2 P0 − P) dt P t dP ⇔ −∫ = ∫ k '.dt P0 P − P 0 ⇔ − ln P0 − P = k '.t P0 Dựa vào đề bài, lập bảng số liệu: T (ph) 3.4 15.7 28.1 41.1 P − P 0.006 0.037 0.070 0.104 − ln P0 54.5 0.139 68.3 0.175 82.4 0.21 96.3 0.252 Vẽ đồ thị Giả sử phản ứng bậc dP = k '(2 P0 − P) dt P t dP ⇔ −∫ = k '.dt ∫ P0 (2 P − P ) 0 ⇔ 1 − = k 't P0 − P P0 13 Dựa vào số liệu đề bài, ta vẽ đồ thị: Qua lần giả sử, ta thấy với phản ứng bậc bậc cho kết xác Vậy: phương trình vận tốc cần tìm có dạng: dP = 0.026(2 P0 − P ) dt dP = 0.075( P − P0 ) dt Hoặc Cách 2: SO2Cl2 → t= PA0 pư x t PA0 – x Pt= PA0 + x x= Pt – PA0 Cl2 + x x SO2 x x Giả sử phản ứng có bậc n= 0: PA0 – PA = k’.t PA0 – PA0 + Pt – PA0 = k’.t Pt = k’.t + PA0 Phương trình có dạng đường thẳng y= ax + b Vẽ đồ thị Pt – t: t, ph 3.4 15.7 28.1 41.1 54.5 68.3 82.4 96.3 Pt, mmHg 325 335 345 355 365 375 385 395 14 Từ đồ thị suy ra: k’= 0.751, R2 = 0.9993, PA0 = 323.41 mmHg Ta thấy độ xác R2= 99.93 % > 90% nên suy điều giả thiết phản ứng bậc Vậy: phương trình vận tốc phản ứng dạng tích phân là: PA0 – PA = 0.751t 15 2.6 Phản ứng phân huỷ nhiệt oxide nitrous (N2O) pha khí 1030K bình phản ứng tích không đổi với áp suất ban đầu khác N 2O Số liệu thời gian bán sinh nhận sau: (PN2O)0, mmHg 52,5 139 290 360 t1/2 860 470 255 212 Xác định phương trình vận tốc phù hợp với số liệu thực nghiệm Giải: N2O→N2+1/2O2 (A→B+C) Ta có: −dC A = k C An dt n −dPA P ⇒ = k. A ÷ RTdt RT −dPA PAn ⇒ = k dt ( RT )( n −1) Đặt: k'= Suy ra: k ( RT )( n −1) −dPA = k '.PAn dt Lấy tích phân, ta được: PA(1−n ) − PA(10 − n ) = k '.(1 − n)t 2( n −1) ⇒ t1 = PA(10 − n ) k '.(n − 1) Từ đó, thiết lập phương trình theo dạng: y = bx + a 2( n −1) − (1− n ) ln t1/ = ln PA0 + ln ÷ k '.(n − 1) ⇒ ln t1/ 2( n −1) − = (1 − n) ln PA0 + ln ÷ k '.(n − 1) Theo đề bài, ta có bảng liệu sau: ln P0 ln t1/ ln52,5 ln860 ln139 ln470 ln290 ln255 ln360 ln212 16 Từ đó, suy ra: Vậy: b = -0,7288; a = 9,678; r2 = 0,994 – n = -0,7288 ⇔ n = 1,7288 Ta có: 2( n −1) − ln ÷ = 9, 678 với n = 1,7288 k '.(n − 1) 2( n −1) − ⇔ = e9,678 k '.(n − 1) ⇔ k ' = 5, 69.10 −5 k Mà: k ' = ( RT )( n −1) ⇒ k = k '.( RT )( n −1) = 5, 69.10−5.(0, 082.760.1030) 0,7288 = 0,18145 Vậy phương trình vận tốc: C A−1 + C A−01 = 0,18145.C 1,75 A 2.7 Dung dịch diazobenzen phân hủy theo phản ứng không thuận nghịch sau: 17 C6H5N2Cl(l) → C6H5Cl(l) + N2(k) Phản ứng xãy theo bậc Trong thí nghiệm 50 0C nồng độ đầu C 6H5N2Cl 10 g/l lượng N2 phóng thích sau: Thời gian phản ứng, ph N2 phóng thích 12 14 18 20 22 24 26 30 19.3 26.0 32.6 36.0 41.3 43.3 45.0 46.5 48.4 50.3 cm3 500C, 1at Sự phân hủy hoàn toàn muối diazo phóng thích 58.3 cm khí nitrogen Tính xác giá trị số vận tốc phản ứng Giải: Phương trình vận tốc cho phản ứng bậc nhất: Dạng tích phân: Ở điều kiện đẳng áp: Trong đó: VA0 = 58.3 cm3, VA = VA0 t, ph VA (cm3) 39 32.3 12 25.7 14 22.3 18 17 20 15 22 13.3 24 11.8 26 9.9 30 0.402 0.590 0.819 0.961 1.232 1.357 1.477 1.597 1.773 1.986 Vẽ đồ thị Từ đồ thị suy ra: k= 0.0673 ph-1, R2= 0.9987 18 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DANH SÁCH NHÓM Đặng Hoàng Khuyết 0605200 19 Bùi Thị Minh Xuân 0604319 Trần Hữu Tình 0604316 Phan Thị Anh 0605561 20 [...]...2.3 Tìm bậc tổng quát của phản ứng không thuận nghịch: 2H2 + 2NO N2 + 2H2O Từ số liệu thực nghiệm trong một bình phản ứng có thể tích không đổi dung lượng đẳng mol H2 và NO Áp suất tổng, mmHg 200 240 280 320 360 t 1/2, s 265 186 115 104 67 Giải Đặt áp suất ban đầu của H2 = áp suất ban đầu của NO là PA0 ( do nH2 = nNO) Ta có: 2H2 + 2NO N2 + 2H2O t=0 PA0 PA0 0 0 Phản ứng 0.5PA0 0.5PA0 0.25PA0 0.5PA0... tích của hỗn hợp không đổi, theo dõi áp suất tổng cộng theo thời gian phản ứng được kết quả sau: T (ph) 3.4 15.7 28.1 41.1 54.5 68.3 82.4 96.3 Pt 325 335 345 355 365 375 385 395 (mmHg) Xác định phương trình vận tốc? Độ chuyển hoá 100% ở thời điểm vô cực Giải Ta có phương trình phản ứng tổng quát −dC A = −rA = k C An dt Với bình phản ứng gián đoạn V=const C A = C A0 (1 − X A ) CA = Hay: PA0 − ( P − P0... trình vận tốc phản ứng dạng tích phân là: PA0 – PA = 0.751t 15 2.6 Phản ứng phân huỷ nhiệt oxide nitrous (N2O) trong pha khí ở 1030K trong một bình phản ứng có thể tích không đổi với các áp suất ban đầu khác nhau của N 2O Số liệu thời gian bán sinh nhận được như sau: (PN2O)0, mmHg 52,5 139 290 360 t1/2 860 470 255 212 Xác định phương trình vận tốc phù hợp với số liệu thực nghiệm như trên Giải: N2O→N2+1/2O2... P0 54.5 0.139 68.3 0.175 82.4 0.21 3 96.3 0.252 Vẽ đồ thị Giả sử phản ứng bậc 2 dP = k '(2 P0 − P) 2 dt P t dP ⇔ −∫ = k '.dt ∫ P0 (2 P − P ) 2 0 0 ⇔ 1 1 − = k 't 2 P0 − P P0 13 Dựa vào số liệu đề bài, ta vẽ được đồ thị: Qua 3 lần giả sử, ta thấy với phản ứng bậc 1 và bậc 0 cho kết quả chính xác hơn Vậy: phương trình vận tốc cần tìm có dạng: dP = 0.026(2 P0 − P ) dt dP = 0.075( P − P0 ) dt Hoặc Cách... SO2 0 x x Giả sử phản ứng có bậc n= 0: PA0 – PA = k’.t PA0 – PA0 + Pt – PA0 = k’.t Pt = k’.t + PA0 Phương trình trên có dạng đường thẳng y= ax + b Vẽ đồ thị Pt – t: t, ph 3.4 15.7 28.1 41.1 54.5 68.3 82.4 96.3 Pt, mmHg 325 335 345 355 365 375 385 395 14 Từ đồ thị suy ra: k’= 0.751, R2 = 0.9993, PA0 = 323.41 mmHg Ta thấy độ chính xác R2= 99.93 % > 90% nên suy ra điều giả thiết phản ứng bậc 0 là đúng... Langrange, ta tính được P0 = 323 mmHg Giả sử phản ứng bậc 0 dP =k' dt Lấy tính phân ta được: P = P0 + k ' t Dựa vào đề bài, ta lập được bảng: T (ph) 0 3.4 15.7 28.1 P-P0 0 2 12 22 41.1 32 54.5 42 68.3 52 82.4 62 96.3 72 Vẽ đồ thị: 12 Giả sử phản ứng bậc 1 dP = k '(2 P0 − P) dt P t dP ⇔ −∫ = ∫ k '.dt P0 2 P − P 0 0 ⇔ − ln 2 P0 − P = k '.t P0 Dựa vào đề bài, lập được bảng số liệu: T (ph) 0 3.4 15.7... phương trình vận tốc: C A−1 + C A−01 = 0,18145.C 1,75 A 2.7 Dung dịch diazobenzen phân hủy theo phản ứng không thuận nghịch sau: 17 C6H5N2Cl(l) → C6H5Cl(l) + N2(k) Phản ứng xãy ra theo bậc 1 Trong một thí nghiệm ở 50 0C nồng độ đầu của C 6H5N2Cl là 10 g/l và lượng N2 được phóng thích như sau: Thời gian phản ứng, 6 ph N2 được phóng thích 9 12 14 18 20 22 24 26 30 19.3 26.0 32.6 36.0 41.3 43.3 45.0 46.5... 26 30 19.3 26.0 32.6 36.0 41.3 43.3 45.0 46.5 48.4 50.3 cm3 ở 500C, 1at Sự phân hủy hoàn toàn muối diazo phóng thích 58.3 cm 3 khí nitrogen Tính chính xác giá trị hằng số vận tốc phản ứng Giải: Phương trình vận tốc cho phản ứng bậc nhất: Dạng tích phân: Ở điều kiện đẳng áp: Trong đó: VA0 = 58.3 cm3, VA = VA0 t, ph VA (cm3) 6 39 9 32.3 12 25.7 14 22.3 18 17 20 15 22 13.3 24 11.8 26 9.9 30 8 0.402 0.590... 0.5PA0) + (PA0 – 0.5PA0) + 0.25PA0 + 0.5PA0 = 1.75PA0 PA0 = Ta có : t1/2 = t1/2 = = Lấy logarit 2 vế của phương trình trên ta được: Ta có: Pt 200 240 280 320 360 4.738701579 4.921023135 5.075173815 5.208705208 5.326488244 265 186 115 104 67 11 5.579729826 5.225746674 4.744932128 4.644390899 4.204692619 2.5 D.F.Smith đã nghiên cứu phản ứng phân huỷ pha khí của clorua sunfurul SO2Cl2 thành khí Clo và... ln PA0 + ln ÷ k '.(n − 1) ⇒ ln t1/ 2 2( n −1) − 1 = (1 − n) ln PA0 + ln ÷ k '.(n − 1) Theo đề bài, ta có bảng dữ liệu sau: ln P0 ln t1/ 2 ln52,5 ln860 ln139 ln470 ln290 ln255 ln360 ln212 16 Từ đó, suy ra: Vậy: b = -0,7288; a = 9,678; r2 = 0,994 1 – n = -0,7288 ⇔ n = 1,7288 Ta có: 2( n −1) − 1 ln ÷ = 9, 678 với n = 1,7288 k '.(n − 1) 2( n −1) − 1 ⇔ = e9,678 k '.(n − 1) ⇔ k '