2014-02-09
1015
В органической технологии часто встречаются химические процессы, которые описываются одним стехиометрическим:
(1.1)
и одним кинетическим уравнением вида:
(1.2)
называемые в кинетике реакциями простых типов.
Напомним, что зависимость вида (1.2) всегда выполняется для простых по механизму реакций, а показатели степени при концентрациях реагирующих частиц п Aiравны стехиометрическим коэффициентам v Ai при этих частицах, т. е. v Ai = п Ai
При постоянном реакционном объеме концентрации реагентов связаны с ключевым компонентом, например А1 соотношением:
(1.3)
Тогда, кинетическое уравнение (1.2) примет следующий вид:
(1.4)
Часто в качестве переменной используют глубину (полноту) протекания реакции:
В этом случае кинетическое уравнение реакции, например, между реагентами А1 и А2, можно представить выражением:
(1.5)
где С А10 и С А20 – начальные концентрации реагентов А1 и А2, соответственно.
Интегральные формы кинетических уравнений для наиболее часто встречающихся порядков реакций приведены в табл. 1.
|
|
|
Таблица 1 – Интегральные формы кинетических уравнений реакций, проводимых в периодических реакторах
Предварительная проверка соответствия экспериментальным данным уравнений, представленных в табл. 1.1, осуществляется путем линеаризации. Для этого значения левой части интегрального выражения откладывают по оси ординат против соответствующих значений продолжительности реакции по оси абсцисс. В итоге получают прямую, выходящую из начала координат и имеющую тангенс угла наклона, равный константе скорости реакции. Количественную обработку опытных данных с получением значений кинетических констант проводят с помощью линейного или нелинейного метода наименьших квадратов.
Для газофазных некаталитических и каталитических реакций, проводимых в реакторах идеального вытеснения (в потоке), кинетическое уравнение, например, между двумя реагентами, может быть записано через степень превращения (конверсию) ключевого вещества А1с учетом изменения реакционного объема, например V= в следующем виде:
(1.6)
где V – реакционный объем; m к – масса катализатора; F Alo– начальный молярный поток A1; Х А1 – конверсия А1; b – молярное (объемное) соотношение реагентов А2 и A1 в исходной смеси, т. е. b = n A20/ n A10= F A20/ F A10
Результаты интегрирования кинетических уравнений для реакций нулевого, первого и второго порядков, отвечающих условному времени контакта, пропорциональному V/F A10или mK/ F A10, представлены в табл. 2.
Таблица 2 – Интегральные формы кинетических уравнений газофазных реакций, проводимых в реакторе идеального вытеснения с учетом изменения реакционного объема
|
|
|
Соответствие полученных уравнений экспериментальным данным проводят путем линеаризации в координатах f(P Al )–V/F A10 (или тк/F Al0) или f(X A1 )–V/F Al0(или тк /F Al0). При этом можно также вычислить константу скорости реакции, используя, например, метод наименьших квадратов.
