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.
Studí materály 1. Pzámy z předáše a cvčeí 2. B. Berauer, V. Fíla, M. Berauer, Aplvaá reačí eta, VŠCH Praha, 2016. 3. Fgler Sctt H.: Elemets f Chemcal React Egeerg, 4 th Edt, Pretce Hall, 2006. Sftware : MS Excel, (Matlab, Octave,.)
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 2 2 2 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 2 2 1 1-2NO + 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 = 1 3 1 A 0 0 prduty 0 výchzí slžy (reataty)
Rzsah reace Extet f react [s:] 1 ) ( 1 ) ( 2 2 2 2 2 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)
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
Přílad 2NO N 2 + O 2 A N O, A N, A O 1 2 2 3 2 2, 1, 1 ν 1 2 3 ν A 2 1 1, A A 2 A A A1 2 1 1 A 0 2 A 3 1 3 Násbeí matc?
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
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.......... 11 12 1 N 21 22 2 N N R,1 N R,2 N R, N NR 1 1 1 1 2 2 2,, ξ...... N N N R ν ξ raspzce matce ν
Přílad Oxdace amau a Pt-Rh atalyzátru NH 3 + 1.25 O 2 NO + 1.5H 2 O (1) NH 3 + O 2 0.5 N 2 O + 1.5H 2 O (2) NH 3 + 0.75O 2 0.5 N 2 + 1.5H 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) -1-1.25 1 0 0 1.5 (2) -1-1 0 0.5 0 1.5 (3) -1-0.75 0 0 0.5 1.5
Blace slže ve vsádvém (uzavřeém) reačím systému vyádřeá pmcí rzsahů reací Slža t = 0 t > 0 NH 3 1 O 2 2 1 1 1 2 3 ( ) 1.25 0.75 2 2 1 2 3 NO 3 3 3 1 N 2 O 4 N 2 5 H 2 O 6 0.5 4 4 2 0.5 5 5 3 6 6 1 2 3 1.5( ) 6 6 0.25 1 3 1 1 ν ξ ν ξ 1 1 1 1, 25 1 0, 75 1 1 0 0 2 0 0.5 0 3 0 0 0, 5 1, 5 1, 5 1, 5 m lárí zlm e N H y 1 6 1 1 1 2 3 3 ( ) 0.25 1 3
(Leárě) ezávslé reace Sustava NR reací e ezávslá estlže h()=nr (hdst matce eb ν = NR) maxmálí pčet (leárě) ezávslých reací = h()
Přílad NH 3 + 1.25 O 2 NO + 1.5H 2 O (1) NH 3 + O 2 0.5 N 2 O + 1.5H 2 O (2) NH 3 + 0.75O 2 0.5 N 2 + 1.5H 2 O (3) 2NO N 2 + O 2 (4) Hdst matce určíme Gaussvu elmací: 1 1.25 1 0 0 1.5 1 1.25 1 0 0 1.5 1 1 0 0.5 0 1.5 0 0.25 1 0.5 0 0 1 0.75 0 0 0.5 1.5 0 0.5 1 0 0.5 0 0 1 2 0 1 0 0 1 2 0 1 0 1 1.25 1 0 0 1.5 1 1.25 1 0 0 1.5 0 0.25 1 0.5 0 0 0 0.25 1 0.5 0 0 0 0 1 1 0.5 0 0 0 1 1 0.5 0 0 0 2 2 1 0 0 0 0 0 0 0 h()=3 puze 3 reace su ezávslé
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
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 1 1 2 2, Φ.... N EL N EL NEL pčet prvů v uvažvaé sustavě
Elemetárí matce E Prve Slža N H O NH 3 1 3 0 O 2 0 0 2 NO 1 0 1 N 2 O 2 0 1 N 2 2 0 0 H 2 O 0 2 1 V chemcé reac edchází e vzu a záu chemcéh prvu: νe = 0
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 http://www.st.gv *he mle s the amut f substace f a system whch ctas as may elemetary ettes as there are atms 0.012 lgram f carb 12. Avgadr cstat = 6.022 141 29(27) 10 23 ml 1
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.
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 2 4.563 0.1845 0 2.943 0 0 90 0 2.2905 2.3355 0 2.898 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 1 1 0 0 0 0 0 2 O 1 2 1 0 2 1 2 0 C 0 0 1 3 1 0 0 0 H 0 0 0 8 0 2 0 0 1 1 2 2 E F E F 0 2 2 1 1 E F E F E E 1 2 1 1 2 2 1 1 1 2 1 F E E F Q F Q E E F1 F 2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 ezámé F
Pmcí Excelu sad spčítáme (DC 1) Q 0 0 1 3 0 0 0 4 0.5 1 0.5 5 0.5 0.5 0 0 A dále 1 2 2 1 1 1 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 2 4.563 0.1845 0 2.943 0 0 90 0 2.2905 2.3355 0 2.898 0.135 0.18 88.76 0.061
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 2 2 1 1 1 2 3 ( ) 1.25 0.75 2 2 1 2 3 NO 3 3 3 1 N 2 O 4 N 2 5 H 2 O 6 0.5 4 4 2 0.5 5 5 3 6 6 1 2 3 1.5( ) S Y N O N H 3 3 3 1 1 ( ) ( ) 3 1 1 N O N H 1 2 3 1 2 3 1 1 Seletvta (vzu) NO Výtěže N O
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
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 : (-0.97572, -2.88778, -1.02127, 4.832804, 2.078537) Opět pmcí Excelu sad spčítáme 1 1 1 3 0 12 3 ν 1 νν νν ν 0 1 1 1 1 3 4-0.10256-0.02564 0.179487 0.230769-0.07692 0.076923-0.23077-0.38462 0.076923 0.307692 r 0.94619 1 r 1.99546 2
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
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
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 -1. 2. Jestlže měrý pvrch atalyzátru e 55 m 2.g -1, určete středí reačí rychlst vztažeu a pvrch atalyzátru v ml.m -2.s -1. 3. Jestlže a 1 m 2 atalyzátru přpadá 10 19 atalytcy atvích míst, určete středí reačí rychlst vztažeu a ed atví míst atalyzátru v s -1. 4. 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)