Исследование кинетики гетерогенной химической реакции

Рассмотрим пример сложной гетерогенной химической реакции – реакции гидрокрекинга толуола.

Исходными данными являются:

· детальный механизм гетерогенной химической реакции, где
Z – активные центры на поверхности катализатора; Z H₂ и т. д. – адсорбированные промежуточные соединения:

1. H2 + Z «ZH2 2. ZH2 + C7H8 ® ZC7H8 ∙H2 3. ZC7H8 ∙H2 «Z + C6H6 +CH4 C7H8 + H2 ® CH4 + C6H6

(1.46)

· начальные концентрации веществ и константы скоростей, которые равны

С_Н2(0) = 0,6 мольн. доли;

С_С7Н8(0) = 0,4 мольн. доли;

;

; ;

;

; .

Запишем скорости элементарных стадий механизма по закону действующих поверхностей:

; ; ; ; .

(1.47)

Математическая модель данного химического процесса будет представлять собой систему дифференциальных уравнений, выражающих изменение концентраций наблюдаемых веществ и промежуточных соединений во времени:

(1.48)

При решении системы дифференциальных уравнений (1.48) можно использовать численные методы Эйлера и Рунге-Кутта. Примеры результатов расчетов кинетики гетерогенной химической реакции приведены на рис. 1.5, 1.6. Программа расчета кинетики химических реакций приведена в Приложении Б.

Варианты заданий

Таблица 1.2

№ зада-ния	Уравнение химической реакции	Начальные концентрации, мольн. доли	Значения констант скоростей
		СС5Н12(0)=0,64; CС2Н6(0)=0; CС3Н6(0)=0; Z(0)=1; ZС5Н12(0)=0; (0)=0	k 1=0,43; k 2=0,33; k 3=0,21; k -1=0,07; k -2=0,12
		СC4H8(0)=0,72; CC8H10(0)=0; CH2(0)=0; Z(0)=1; Z (0)=0; Z (0)=0	k 1=0,38; k 2=0,33; k 3=0,29; k -1=0,13; k -3=0,07
	Реакция диспропорционирования	СC3H8(0)=0,73; CC2H6(0)=0; СС4Н10(0)=0; Z(0)=1; Z (0)=0;	k 1=0,48; k 2=0,32; k 3=0,30; k -1=0,12; k -2=0,08

Продолжение табл. 1.2

	Реакция изомеризации пентана	СC5H12(0)=0,64; Cизо-С5Н12(0)=0; Z(0)=1; Z×н-С5Н12(0)=0; Z×изо-С5Н12(0)=0	k 1=0,32; k 2=0,18; k 3=0,14; k -1=0,09; k -2=0,08
	Реакция диспропорционирования	СC3H8(0)=0,73; CС2H6(0)=0; CC4H10(0)=0; Z(0)=1; Z (0)=; Z (0)=0	k 1=0,54; k 2=0,48; k 3=0,38; k -1=0,02; k -2=0,11
	Реакция диспропорционирования	СС3H8(0)=0,73; CС2H6(0)=0; CC4H10(0)=0; Z(0)=1; Z (0)=0	k 1=0,54; k 2=0,43; k -1=0,0; k -2=0,11
		CN2(0)=0,2; CH2(0)=0,8; CNH3(0)=0; Z(0)=1; ZN2(0)=zN2 ×3H2(0)= =Z(NH3)2(0)=0	k 1=0,32; k 2=0,29; k 3=0,44; k 4=0,25; k -1=0,32; k -2=0,29
	Реакция олигомеризации	СC3H6(0)=0,5; CC6H6(0)=0; CH2(0)=0; Z(0)=1; ZС3Н6(0)=0; ZС3Н6×С3Н6(0)=0	k 1=0,15; k 2=0,10; k 3=0,08; k -2=0,01; k -3=0,005
	Реакция олигомеризации	СC3H6(0)=0,5; ZC6H6(0)=0; CH2(0)=0; Z(0)=1; ZС3Н6(0)=0; Z С3Н6*С3Н6(0)=0	k 1=0,15; k 2=0,10; k 3=0,08; k 4=0,12

Окончание таблицы 1.2