Заметим, что для реакций 1-го порядка величины a(t) и t0,5 не зависят от начальной концентрации C(0)!

Задачи

1. н-Бутан при высокой температуре превращается с образованием изобутана, бутена, пропена, этилена, бутадиена, насыщенных газов С₁-С₃, кокса и т.п. Обоснуйте схему превращений бутана с использованием кинетических данных, т.е. Сi(t). Для обоснования реакции 5, например, построим зависимости: ρ = [C₂H₄] / [C₄H₁₀] от (t) и [C₂H₄] / [C₄H₈] от (t)…

Для обоснования реакции 3 построим зависимости: [смол] / [С₄Н₆] (t) и

[смол] / [С₄Н₈](t) …

3 2 1 4

[C2H4]/[C4H10] /[C4H8] D D D D t

Рис. 5. Изменение относительной селективности образования этилена во времени: - ρ1 = [C2H4]/[C4H10]. D- ρ2 =[C2H4]/[C4H8]

[смол]/[C4H6] /[C4H8] ▼ ▼ ▼ ▼ 0 t

Рис. 6. Изменение относительной селективности образования смол во времени: -[смол]/[C4H6]. ▼-[смол]/[C4H8].

Видно, что параметр ρ1 = [C₂H₄] / [C₄H₁₀] при малых t стремится к нулю, в отличие от ρ2, следовательно, этилен образуется из бутана, но не из бутена. Аналогично для смол: ρ1 = [смол] / [C₄H₆] при малых t стремится к нулю, в отличие от ρ2, следовательно, смолы образуются из бутадиена, но не из бутена.

2. Мазут превращается в бензин и газ: МàБàГ. Найти максимальный выход бензина и время максимума, если: k₁ = 0,0037 и k₂ = 0,0022 с^-1

Δk= (k₁ - k₂)= 0,0015 с^-1

y_B = (k₁/k₂)^-k2/Δk = (37/22) ^-22/15 =(1,6818)^-1,467= 0,466, т.е. максимальный выход бензина 46,6%.

t_max = ln(k₁/k₂)/Δk; t_max= 0,51986/0,0015= 346,6 c или 5,78 мин.

3. Найти концентрацию, ограничивающую области протекания двух параллельных реакций: 2-го порядка, k₁= 2,5 (М.с)^-1 и 0,5-го порядка

k₂ = 0,5 М^0,5с^-1

С_гр = (k₂/k₁)^1/Δm = (0,2M^-1,5)^1/1,5= 0,342 M,

т.е. при С< 0,342 M преимущественно протекает реакция … порядка, а

при С> 0,342 M преимущественно протекает реакция … порядка

Проверка: r₁= 2,5 (М.с)^-1.(0,342 M)²= 0,292 M.c

r₂= 0,5М^0,5с^-1.(0,342 M)^0,5= 0,292 M.c

4. Найти температуру, ограничивающую области протекания двух параллельных реакций 2-го порядка: и

Для реакций одинакового порядка

Т_гр = ΔЕ / [Rln(k₀₁/k₀₂)] (1)

Тогда Т_гр = 40000/[8,314 ln(10⁵)]= 40000/(8,314. 2,303.4)= 522,3К

т.е. при < 522 К преимущественно протекает реакция с Е= …, а

при Т> 522К преимущественно протекает реакция с Е= …

5. Найти константу скорости реакции, имеющей 2й порядок, если время полупревращения 20 мин и начальная концентрация реагента 0,1 М (моль/л).

(3)

В ур. (3) вводим: t= 20 мин; С(0)= 0,1 М и С(t_1/2)= 0,05 M.

=-0,05│ (-С)^-1= 0,05мин^-1.(1/0,05М –1/0,1М)= 0,5М^-1мин^-1

6. Найти объем реактора идеального вытеснения и идеального перемешивания, для обеспечения заданных показателей – степень превращения 80% (или 90%) сырья, подаваемого со скоростью 2500 м³/ч, если константа скорости реакции равна 0,1 с^-1.

Поскольку V_R=τ.Q_A, найдем время контакта в реакторе идеального вытеснения

τ = -ln0,2/0,1= 16,1 с (для х= 90% время контакта 23 с)

V_R= 16,1 с. 2500/3600 м³/с = 11,2 м³

для х= 90%: V_R= 23. 2500/3600 = 16 м³

Для реактора идеального перемешивания:

τ = х/ (1-х)= 0,8/(0,1. 0,2)= 40 с (для х= 90% время контакта 90 с)

V_R= 40 с. 2500/3600 м³/с = 27,8 м³ для х= 80%