Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів (стр. 7 из 7)
Коефіцієнт Вант-Гоффа знаходять за формулою:
(50)
На основі отриманих результатів роблять висновок про тип і модель кінетики.
2. ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА
2.1 Постановка завдання
На підставі експериментальних даних процесу вилучення з'єднань натрію з відпрацьованого никель-хромового каталізатора побудувати кінетичні криві, розрахувати енергію активації, підібрати рівняння, що характеризує кінетику перетворення і підібрати модель процесу.
| Час розчинення τ, хвил. | Ступінь вилучення при температурі 200 С, д.о. | Ступінь вилучення при температурі 550 С, д.о. | Ступінь вилучення при температурі 85 0С, д.о. |
| 10 | 0,23 | 0,34 | 0,67 |
| 20 | 0,37 | 0,69 | 0,84 |
| 30 | 0,63 | 0,83 | 0,97 |
| 40 | 0,80 | 0,91 | 0,99 |
| 50 | 0,92 | 0,94 | 1,00 |
| 80 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
2.2 Виконання завдання
За даними таблиці будуємо кінетичні криві для заданих температур 1 - 20 0С, 2 - 55 0С і 3 - 85 0С відповідно (рис. 16).
Рис. 16. Кінетичні криві
На підставі графічних залежностей ступеню перетворення початкової речовини від часу τ (рис. 16) визначаємо швидкість процесу:
де k – відносна швидкість реакції, хвил-1.
По тангенсу кута нахилу прямих (рис. 16) визначаємо константу швидкості екстракції натрію з каталізатора: k20 = 0,02; k55 = 0,045; k85 = 0,11 [хвил -1].
Для кінетичної обробки даних складаємо таблицю:
 |  |  | ||||||
| 20 0С | 55 0С | 85 0С | 20 0С | 55 0С | 85 0С | 20 0С | 55 0С | 85 0С |
| 1,08 | 0,36 | 0,26 | 0,3 | 0,11 | 0,08 | 0,073 | 0,015 | 0,01 |
| 1,83 | 1,17 | 0,46 | 0,46 | 0,32 | 0,083 | 0,14 | 0,08 | 0,015 |
| 3,5 | 1,77 | 0,99 | 0,69 | 0,44 | 0,28 | 0,25 | 0,14 | 0,065 |
| 4,6 | 2,35 | 1,61 | 0,78 | 0,54 | 0,41 | 0,29 | 0,19 | 0,13 |
За даними таблиці будуємо графіки, які відповідають кінетичним рівнянням 45, 46, 47 (рис. 17-19).
Рис. 17. Обробка даних по рівнянню 45
(1 – температура 20 0С, 2 - температура 55 0С, 3 - температура 85 0С).
Рис. 18. Обробка даних по рівнянню 46
(1 – температура 20 0С, 2 - температура 55 0С, 3 - температура 85 0С).
Рис. 19. Обробка даних по рівнянню 47
(1 – температура 20 0С, 2 - температура 55 0С, 3 - температура 85 0С).
Вплив температури на константу швидкості процесу описується рівнянням:
(51) 
(48)Для визначення енергії активації будуємо графічну залежність lnk від 1/Т (рис.17).
Т, 0С Т, К 1/T
20 293 3,41•10-3
55 328 3,05•10-3
85 358 2,79•10-3
ln k20 = ln 0,02= -3,91 ln k55 = ln 0,045= -3,1 ln k85 = ln 0,11= -2,21
Рис. 20. Залежність ln k від 1/T
Графічна залежність ln k = f(1/T) (мал. 20) дозволяє визначити чисельне значення ln k0 енергії активації по формулі 49:
(52)Розрахункове значення енергії активації складає 21,5 кДж/моль, а чисельне значення ln k0 = = -5,6 . В результаті, відповідно до рівняння 48, вплив температури на константу швидкості екстракції водорозчинних домішок з каталізатора описуватиметься рівнянням:
(53)а сам процес екстракції домішок відповідно до виразів 48,49,51 рівнянням:
(54)де βτ– поточний ступінь вилучення натрію;
Т – температура процесу, К;
τ– час, хвил.
ВИСНОВОК
Процеси вилужування протікають в кінетичній області мають енергію активації 40 - 300 кДж/моль, а в дифузійній 8 - 21 кДж/моль. На підставі цього можна зробити висновок, що процес екстракції натрію з никель-хромового каталізатора лежить в дифузійній області. Враховуючи, що домішки, внесені в каталізатор в процесі експлуатації, знаходяться в тонкому його зовнішньому шарі і не проникли глибоко в пори, лімітуючою стадією слід вважати дифузію іонів в прилеглому до каталізатора шарі води.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Панченков Г.М., Лебедев В.П. Химическая кинетика и катализ: Учеб. пособие для вузов. Изд. 3-е перераб. и дополн. – М.: Химия, 1985.-592 с.
2. Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии: Учеб. пособие для вузов. – Л.: Химия. 1985.-384 с.
3. Безденежных А.А. Инженерные методы составления уравнений скоростей реакций и расчета кинетических констант. – Л.: Химия, 1973.-256с.
4. Царева З.М., Орлова Е.И. Теоретические основы химической технологии. – к.: Вища шк., 1986.-271 с.
5. Зайцев О.С. Общая химия. Состояние веществ и химическое реакции. – М.: Химия. 1990.-352 с.
6. Романенко Н.В., Орлов А.Г., Никитина Г.В. Книга для начинающего исследователя- химика – Л.: Химия, 1987. – 280 с.
7. Розовский А.Я. Кинетика топохимических реакций – М.: Химия, 1974. – 274 с.
8. Курса Н.Є., Корчуганова О.М. Методичні вказівки для виконання лабораторної роботи з УНДР "Термоваговий аналіз при постійній температурі" (для студентів спеціальності 7.091602 "Хімічна технологія неорганічних речовин" очної і заочної форм навчання ) – Сєвєродонецьк: СТІ СНУ ім. Володимира Даля. 2005 – 19 с.
10. Соловьёв Г.И., Суворин А.В., Колесникова Т.Б. Методические указания к выполнению контрольных заданий по дисциплине "Кинетика и катализ в ТНВ" (для студентов заочной формы обучения специальности "Химическая технология неорганических веществ") – Северодонецк: изд-во СТИ, 2005 г., 75 стр.