Aplikovaná reakční kinetika

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Aplikovaná reakční kinetika"

Sabina Eliška Beranová
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Aplvaá reačí eta κίνησις "ess", phyb, phybvat Z/z, 2/2 Předášy : BS4, středa 14,00-16,00 Dc. Ig. Bhuml Berauer, CSc. Cvčeí: BS4, středa 16,00-18,00 Ig. Mla Berauer, PhD., Dr. Ig. Vlastml Fíla Uděleí zápčtu: 2 úspěšě abslvvaé testy v průběhu semestru (6. a 13. výuvý týde) Zuša: ústí (+písemá) aždá středa ve zušebím bdbí PROGRAM 1. Záladí pmy, stechmetre, defce reačí rychlst. 2. Elemetárí reace. Závslst reačí rychlst a tepltě. 3. Sustavy reací. Reace vraté, paralelí, ásledé. Kmplexí reace. 4. Blace v stermích sustavách s chemcu reací. Frmulace hmtstí blace pr vsádvé a průtčé sustavy v ustáleém a dyamcém stavu. 5. Záladí mdely chemcých reatrů pr hmgeí sustavy. Odhad etcých parametrů z stermích etcých dat ve vsádvé a průtčé uspřádáí. 6. Blace eerge v reaguících sustavách. Mdely hmgeích reatrů v estermím režmu. 7. Dyamcé chváí hmgeích reatrů v estermím režmu, dsažeí ustáleéh stavu, eh stablta. 8. Reace v hetergeích sustavách. 9. Hetergeí atalytcé reace. 10. Přes hmty a tepla v hetergeích reaguících systémech. 11. Nedeálí t v reaguících sustavách, rzděleí dby zdržeí částc teuty, axálí dsperze. 12. Reatry s ehybu a fludí vrstvu atalyzátru, mdely atalytcých reatrů. 13. Přílad ávrhu průmyslvéh reatru a záladě labratrích dat. 14. ypy průmyslvých reatrů a ech stručí řešeí. Zápčet ze cvčeí bdrží t studet, teří dsáhu v aždém průběžém testu ALESPOŇ 50 bdů. teří výše uvedeé rtérum esplňuí, budu muset abslvvat zápčtvý test v rzsahu dpvídaícímu eúspěšým testům (2 eb 4 přílady). Zápčet bdrží t, teří dsáhu v tmt testu ALESPOŇ 50 bdů.

2 Studí materály 1. Pzámy z předáše a cvčeí 2. B. Berauer, V. Fíla, M. Berauer, Aplvaá reačí eta, VŠCH Praha, Fgler Sctt H.: Elemets f Chemcal React Egeerg, 4 th Edt, Pretce Hall, Sftware : MS Excel, (Matlab, Octave,.)

4 1. Záladí pmy, stechmetre, defce reačí rychlst 2NO N 2 + O 2 Kyslí Dusí NO NO 2 uzavřeý (vsádvý) systém t =0 t > 0 O2 NO 2 2 O2 2 NO N 2 N NO O2 NO O2 2 2 NO N 2 NO N 2 NO NO O2 O2 2( ) NO NO N 2 N 2 2( ) ( ) ( ) NO NO O2 O2 N 2 N NO + O 2 + N 2 = 0 Symbly pr slžy NO = A 1 O 2 = A 2 N 2 = A 3 Stechmetrcé efcety 1 = -2 2 = 1 3 = A 0 0 prduty 0 výchzí slžy (reataty)

5 Rzsah reace Extet f react [s:] 1 ) ( 1 ) ( N N O O NO NO Z uvedeé defce vyplývá, že rzsah reace : 1. má rzměr látvéh mžství (vyádřeéh v mlech), 2. závsí a stechmetrcém zápsu reace, 3. e extezví velča (závsí a celvé hmtst systému)

6 Rzsah reace (stupeň přeměy) v becém případě edé reace t = 0 t > 0 Uzavřeý systém N 1 A 0 0 prduty reace 0 výchzí láty

7 Přílad 2NO N 2 + O 2 A N O, A N, A O , 1, 1 ν ν A 2 1 1, A A 2 A A A A 0 2 A Násbeí matc?

8 Kverze líčvé slžy m ax X * max X max X max X X X (0,1) X X 100 (0,100) X X Lmtí pčet mlů líčvé slžy (rvváha, eb 0) * 0

9 Rzsah reace v becém případě sustavy reací N 1 reace A 0 1, N R slža Matce stechmetrcých efcetů νa 0 Pčet mlů slžy, teré zreague v -té reac ν N N N R,1 N R,2 N R, N NR ,, ξ N N N R ν ξ raspzce matce ν

10 Přílad Oxdace amau a Pt-Rh atalyzátru NH O 2 NO + 1.5H 2 O (1) NH 3 + O N 2 O + 1.5H 2 O (2) NH O N H 2 O (3) Stechmetrcá matce A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 Reace NH 3 O 2 NO N 2 O N 2 H 2 O (1) (2) (3)

11 Blace slže ve vsádvém (uzavřeém) reačím systému vyádřeá pmcí rzsahů reací Slža t = 0 t > 0 NH 3 1 O ( ) NO N 2 O 4 N 2 5 H 2 O ( ) ν ξ ν ξ , , , 5 1, 5 1, 5 1, 5 m lárí zlm e N H y ( )

12 (Leárě) ezávslé reace Sustava NR reací e ezávslá estlže h()=nr (hdst matce eb ν = NR) maxmálí pčet (leárě) ezávslých reací = h()

13 Přílad NH O 2 NO + 1.5H 2 O (1) NH 3 + O N 2 O + 1.5H 2 O (2) NH O N H 2 O (3) 2NO N 2 + O 2 (4) Hdst matce určíme Gaussvu elmací: h()=3 puze 3 reace su ezávslé

14 Pužtí rzsahů reací v průtčých (tevřeých) reačích systémech N 1 F Vstupí mlárí t -té slžy[mly -té slžy/s] A 0 1, N R NR F F 1 F Výstupí mlárí t -té slžy[mly -té slžy/s] Předplad: Ustáleý stav F, F -výstupí, vstupí m lárí ty slže [m l/s] rzsah -té reace za edtu času [m l/s] F F F2 F 2 2 F, F, ξ F N F N NR F = F + ν ξ 1 1 1

15 Blace chemcých prvů (průtčý systém) N 1 A 0 1, N R Předplad: Ustáleý stav, -výstupí, vstupí t -téh chem céh prvu [m l/s] Φ = Φ Φ , Φ.... N EL N EL NEL pčet prvů v uvažvaé sustavě

16 Elemetárí matce E Prve Slža N H O NH O NO N 2 O N H 2 O V chemcé reac edchází e vzu a záu chemcéh prvu: νe = 0

17 Mlárí* hmtst -té slžy: N EL M E m m 1 M = E m - atmvá hm tst -téh prvu M M 1 m1 M m 2 2, m.... M m N N EL Pr mlárí hmtst dstaeme (zřemu) relac νm = νe m 0 prtže νe 0 *he mle s the amut f substace f a system whch ctas as may elemetary ettes as there are atms lgram f carb 12. Avgadr cstat = (27) ml 1

18 Blace atmů ve vsádvém a průtčém systému V sádvý (uzavřeý) system : = Průtčý (tevřeý) systém v ustáleém stavu: prtže E = E + E ν ξ E + νe ξ E F = F + ν ξ + ν ξ E F = E F + E ν ξ E F + νe ξ E F νe 0 Výsledě E E 0 E F F = E F F 0 yt rvce su pužíváy pr vyrváí (recclac) blačích dat. Nebsahuí stechmetrcé vztahy. Psledí rvce (průtčý system) e platá puze v ustáleém stavu.

19 Přílad Seletví reduce NO x pmcí C 3 H 8 F F Ustáleý stav, ezámá stechmetre F F [ m le / m ] [ m le / m ] NO NO 2 CO C 3 H 8 CO 2 H 2 O O 2 N x x x x Vypčtěte chyběící výstupí mlárí ty E F - F = E F 0 1-NO 2-NO 2 3-CO 4-C 3 H 8 5-CO 2 6-H 2 O 7-O 2 8-N 2 N O C H E F E F E F E F E E F E E F Q F Q E E F1 F 2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 ezámé F

20 Pmcí Excelu sad spčítáme (DC 1) Q A dále F E E F QF F F [ m le / m ] [ m le / m ] NO NO 2 CO C 3 H 8 CO 2 H 2 O O 2 N

21 Seletvta Pčet mlů (pžadvaéh) prdutu vzléh z edh mlu zreagvaé výchzí láty Výtěže Pčet mlů (pžadvaéh) prdutu vzléh z edh mlu vstupí výchzí láty Přílad Oxdace amau Cmpet t = 0 t > 0 NH 3 1 O ( ) NO N 2 O 4 N 2 5 H 2 O ( ) S Y N O N H ( ) ( ) N O N H Seletvta (vzu) NO Výtěže N O

22 Reačí rychlst Reačí rychlst e defváa a časvá změa rzsahu reace (IUPAC Gld B = rate f cvers ) R R r r d dt d dt 1 d dt d d.. r dt dt A d m l.s Rychlst vzu (záu) slžy A N R N R.. A r R=ν r 1 dt 1 1

23 V prax bvyle měříme rychlst vzu (sptřeby) edtlvých exp slže R a z ch pčítáme reačí rychlst r A R exp ν r tat rvce platí puze přblže vzhledem experm etálím chybám v hd tách R. K výpčtu r pužívám e m etdy em eších čtverců (N >N R ) s výsledem 1 exp r νν νr exp Přílad (DC 2) Parí refrmg methau (5 slže, N=5, 2 reace, NR=2) CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 (1) CO + H 2 O CO 2 + H 2 (2) Měřeé hdty Rexp : ( , , , , ) Opět pmcí Excelu sad spčítáme ν 1 νν νν ν r r

24 V, Specfcá (měrá reačí rychlst) R eačí rychlst vztažeá a bem 1 1 d 1 1 d r r m l.m. s V V V dt V dt r 1 1 d r V V dt 3 1 R eačí rychlst vztažeá a hm tst 1 1 d 1 1 d r r m l.g. s M m m dt m dt r M, 1 1 d r m m dt 1 1

25 R eačí rychlst vztažeá a plchu 1 1 d 1 1 d r r m l.m. s S S S dt S dt r S, 1 1 d r S S dt 2 1 R eačí rychlst vztažeá a pčet m lů reačích (atvích) ceter r r RS RS, 1 1 d 1 1 d r dt dt RS RS RS 1 1 d r dt RS RS s 1

26 Přílad (DC 3) V atalytcém průtčém reatru prbíhá reace v plyé fáz CO (g) + 2H 2(g) CH 3 OH (g) D reatru e přvádě 1000 g.h -1 CO a mžství vdíu dpvídaící vstupímu mlárímu pměru H 2 :CO = 2:1. Reatr bsahue 1200 g atalyzátru a a výstupu z reatru e hmtstí t CO 860 g.h -1. Určete: 1. Středí reačí rychlst vztažeu a hmtst atalyzátru v ml.g -1.s Jestlže měrý pvrch atalyzátru e 55 m 2.g -1, určete středí reačí rychlst vztažeu a pvrch atalyzátru v ml.m -2.s Jestlže a 1 m 2 atalyzátru přpadá atalytcy atvích míst, určete středí reačí rychlst vztažeu a ed atví míst atalyzátru v s Vypčtěte vstupí a výstupí slžeí reačí směs v mlárích zlmcích. Data: M CO = 28,010 g.ml -1 N A =6,0221x10 23 ml -1 (Avgadrva stata)

Podobné dokumenty

2. Materiály na www stránkách Ústavu anorganické technologie (http://web.vscht.cz/~bernauem/)

2. Materiály na www stránkách Ústavu anorganické technologie (http://web.vscht.cz/~bernauem/) Aplkvaá reakčí ketka κίνησις "kess", phyb, phybvat Z/z, 2/2 Předášky : A32, úterý 13,00-15,00 Cvčeí: BS2, středa 16,00-18,00 Dc. Ig. Bhuml Berauer, CSc. Ig. Mla Berauer, PhD., Dr. Ig. Vlastml Fíla Uděleí