Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo mô tả cách xác định thành phần hỗn hợp cân bằng của nbutane, 1butene, và 1,3 butadiene tại áp suất 1 bar với nhiệt độ thay đổi 800K 1000K với các phép tính khác nhau cụ thể từ trên xuống dưới, giúp các bạn học sinh cao học và nghiên cứu sinh đang học tập môn Hóa lý nâng cao có tài liệu tham khảo hữu ích (có phần tính toán, các bạn mua thì email về địa chỉ ctnew2013@gmail.com để mình gửi file cho các bạn). Hân hạnh!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ĐHQG TP HCM KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC BÀI TẬP LỚN NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT HÓA HỌC XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HỖN HỢP CÂN BẰNG CỦA N-BUTANE, 1-BUTENE VÀ 1,3-BUTADIENE TẠI ÁP SUẤT BAR VỚI NHIỆT ĐỘ THAY ĐỒI TỪ 800K-1000K Người thực hiện: Nguyễn Văn Tú MSHV: 51305919 Trần Văn Trí MSHV: 13050199 Phan Doãn Kim Long MSHV: 13050190 GVHD: TS Nguyễn Quang Long TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12/2013 Đề Dưới tác dụng xúc tác, n-butane phản ứng dehdro hóa tạo 1- butene, sau 1-butene dehydro hóa tạo 1,3 butadiene Hãy xác định thành phần hỗn hợp cân n-butane, 1-butene, 1,3 butadiene áp suất bar với nhiệt độ thay đổi 800K - 1000K Giải: Phương trình phản ứng: Tra sổ tay hóa lý, ta có thông số sau: Thông số n-butane 1-butene 1,3-butandiene H2 ∆H0298 (kcal/mol) - 29,812 0,28 26,75 ∆G0298 (kcal/mol) - 3,754 17,22 36,73 C0p,298 (cal/mol.K) 23,65 21,35 19,08 6,89 S0298 (cal/mol.K) 73.48 66.87 31.211 74.10 Tính toán giá trị nhiệt động cho phản ứng (1) (2) (file excel kèm theo) theo công thức sau: Tính toán thông số * Với phản ứng (1) ∆H0298,(1) = ∆H0298,butene + ∆H0298,hydro - ∆H0298,butane = 30.092 (kcal/mol) ∆C0p,298,PƯ = C0p,298,butene + C0p,298,hydro - C0p,298,butane = 4.590 (cal/mol.K) ∆S0298,PƯ = S0298,butene + S0298,hydro - S0298,butane = 30.591 (cal/mol.K) ∆H0800,(1) = ∆H0298,(1) + ∆C0p,298 (800 - 298) 10-3 = 32.396 (kcal/mol) ∆S0800,(1) = ∆S0298 + ∆C0p,298 ln(800:298) 10-3 = 35.124 (cal/mol.K) ∆G0800,(1) = ∆H0800,(1) - 800 ∆S0800,(1) 10-3 = 4.297 (kcal/mol) Sau đó, tính giá trị ∆G0T nhiệt độ khoảng từ 800 - 1000K, theo phương trình Gibbs-Helmholtz (coi khoảng nhiệt độ biến thiên hẹp từ 800 - 1000K, ∆H = const = ∆H0800): Và tính Kp theo phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff (phản ứng xảy áp suất thấp P = bar, xem Ka = Kp) Với T1 = 298K, T2 nhiệt độ biến thiên từ 800 - 1000K , R = 1.987 (cal/mol.K) Ta có giá trị ∆G0T Kp,T theo nhiệt độ bảng tính file excel (sheet “số liệu tính toán”) * Với phản ứng (2) Ta tính tương tự phản ứng (1), ta có giá trị ∆G0T Kp,T bảng tính file excel (sheet “số liệu tính toán”) Tính toán cho hệ cân hóa học nhiều phản ứng 2.1 Gọi x, y, z, t số mol n-butane, 1-butene, 1,3-butadien H2 hệ lúc cân Suy ra: tổng số mol lúc cân là: ∑n = x + y + z + t (mol) Ta có phương trình sau: (*) (**) (P = bar ∆n = 1) Với Kp,(1) Kp,(2) tính từ bảng 2.2 Tính cân vật chất cho nguyên tử cacbon hydro phản ứng trên: Với ban đầu có mol n-butane (C4H10) tham gia Lúc cân có: x mol n-butane (C4H10) y mol n-butene (C4H8) z mol n-butadien (C4H6) t mol H2 - Phương trình cân vật chất nguyên tử cacbon: x = 4x + 4y + 4z (***) - Phương trình cân vật chất nguyên tử hydro: x 10 = 10x + 8y + 6z + 2t (****) 2.3 Từ phương trình (*), (**), (***), (****), ta có hệ gồm phương trình tổng quát sau: x+y+z=1 5x + 4y + 3z + t = Bằng phương pháp số hạng ta có phương trình quan hệ sau: (1 + Kp,2)y2 + 2(x-1)y + (2Kp,1.x - Kp,1.x2) = (3) Kp,2.y2 + Kp,1.x.y + (Kp,1.x2 - Kp,1.x) = (4) Giải phương trình (3) với ẩn y phụ thuộc ẩn x, ta có quan hệ sau: Thế vào (4), ta phương trình ẩn với biến số x sau: Với A, B, C số: A = Kp,1.Kp,2 + Kp,1 + B = Kp,1 (1 + Kp,2) C = (1 + Kp,2)2 Giải phương trình sử dụng Solver ta giá trị x, y, z, t tính phần mol chất bảng tính file excel (phần tính toán trang dưới) Dựng đồ thị biểu diễn biến thiên số mol phần mol hỗn hợp nbutane, 1-butene, 1,2-butadien H2 theo nhiệt độ khoảng từ 800 - 1000 K, ta có đồ thị nhận xét file excel (phần tính toán trang dưới) -© - 10 11 12