Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Περιεχόμενα : Υπολογισμός μεγέθους αντιδραστήρων Ταχύτητα της αντίδρασης Σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης Είδη αντιδράσεων και ταχύτητα αντίδρασης Αντίδραση.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Περιεχόμενα : Υπολογισμός μεγέθους αντιδραστήρων Ταχύτητα της αντίδρασης Σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης Είδη αντιδράσεων και ταχύτητα αντίδρασης Αντίδραση."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Περιεχόμενα : Υπολογισμός μεγέθους αντιδραστήρων Ταχύτητα της αντίδρασης Σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης Είδη αντιδράσεων και ταχύτητα αντίδρασης Αντίδραση 1 ης τάξης αναντίστρεπτη Αντιστρεπτές αντιδράσεις Κλασματική μεταβολή του όγκου Σχέση βαθμού μετατροπής και συγκέντρωσης Αντιδραστήρες αυτοτελούς έργου Αντιδραστήρες με ροή υλικών 3. ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ Fixed Bed Reactor

2 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ Ο σχεδιασμός αντιδραστήρων αφορά τον προσδιορισμό του όγκου του αντιδραστήρα ώστε να επιτευχθεί δεδομένος βαθμός μετατροπής ή τον προσδιορισμό του βαθμού μετατροπής που μπορεί να επιτευχθεί σε δεδομένου τύπου και όγκου αντιδραστήρα. Εφόσον γνωρίζουμε τη συνάρτηση –r Α =f(X) μπορούμε να υπολογίσουμε τον όγκο ενός αντιδραστήρα σχεδιάζοντας τα διαγράμματα : F Α0 / - r Α ή 1 / -r Α σε σχέση με το Χ.

3 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ (Ι) Εάν γνωρίζουμε τη συνάρτηση της ταχύτητας της αντίδρασης –r Α ως προς το βαθμό μετατροπής Χ [δηλαδή τη σχέση –rΑ=f(X)] μπορούμε να υπολογίσουμε το μέγεθος ενός αντιδραστήρα ή περισσότερων. Η έκφραση της ταχύτητας περιγράφει τη «συμπεριφορά» μιας αντίδρασης. Η ταχύτητα είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας (μέσω της σταθεράς ταχύτητας της αντίδρασης) και της συγκέντρωσης. (-r A ) = f (T, C) = k (T) * f (C)καιk (T) = A exp (-E/RT)

4 A  προϊόντα(-r A ) = k * C A n aA + bB  προϊόντα(-r A ) = k * C A a * C B b aA + bB  cC + dD(-r A ) = k 1 * C A a * C B b – k 2 * C C c * C D d (-r A )= k * C Α a *C B b = k*C A n CACA rArA n=1 n=3 n=2 1 n=0 C Ao =1 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ (ΙΙ) n : τάξη της αντίδρασης a : τάξη της αντίδρασης ως προς Α b : τάξη της αντίδρασης ως προς Β

5 ΣΤΑΘΕΡΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ (Ι) Η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης k(T) δίνεται από την εξίσωση Arrhenius. K(T) = A * exp (-E/RT)ln k(T) = ln A – E / RT T k(T) A~10 13 T→   k→A T→0  k→0 1/T lnk(T) E: Ενέργεια ενεργοποίησης [L*atm/mol] R: Σταθερά αερίων [L*atm/mol*°K] T: Θερμοκρασία [°Κ] Α: Σταθερά [εξαρτάται από την τάξη της αντίδρασης, ίδιες μονάδες με το k]

6 Υψηλό Εα Κλίση= -Ε/R Χαμηλό Εα lnk 2000°K 1000°K 463°K 376°K /T ΔΤ 1000° ΔΤ 87° Οι μονάδες της k(T) εξαρτώνται από την τάξη της αντίδρασης -r A = kn = 0k  mol / L*sec -r A = k * C A n = 1k  sec -1 -r A = k * C A 2 n = 2k  L / mol * sec Παρατηρήσεις : Οι διαστάσεις του k είναι [χρόνος -1 ]*[συγκέντρωση 1-n ] 1.Η γραφική παράσταση lnk vs. 1/T είναι ευθεία γραμμή με κλίση –E/R με μεγάλη κλίση για υψηλό Ε και μικρή για χαμηλό Ε. 2.Οι αντιδράσεις με υψηλή ενέργεια ενεργοποίησης είναι πολύ ευαίσθητες στη μεταβολή της θερμοκρασίας. Οι αντιδράσεις με χαμηλή ενέργεια ενεργοποίησης δεν είναι τόσο ευαίσθητες στη μεταβολή της θερμοκρασίας. 3.Μια δεδομένη αντίδραση επηρεάζεται περισσότερο από τη μεταβολή της θερμοκρασίας όταν αυτή είναι σε χαμηλές τιμές παρά όταν είναι σε υψηλές. ΣΤΑΘΕΡΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ (ΙΙ)

7 ΕΙΔΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Οι χημικές αντιδράσεις διακρίνονται σε απλές όταν περιγράφονται από μία στοιχειομετρική εξίσωση και μία εξίσωση ταχύτητας [π.χ. Α+Β  R] και σε πολλαπλές όταν περιγράφονται από δύο ή περισσότερες στοιχειομετρικές εξισώσεις και εξισώσεις ταχύτητας. Αντιδράσεις σε σειρά Α  Β  R Αντιδράσεις πιο περίπλοκες Α + Β  R R + B  S Ανεξάρτητες Α  R Β  S Αντιδράσεις παράλληλες Α  RήΑ  R SB  S ανταγωνιστικές παράπλευρες Επιπλέον διακρίνονται σε στοιχειώδεις στις οποίες η τάξη κάθε συστατικού στην εξίσωση ταχύτητας είναι ίδια με τον συντελεστή του συστατικού στη στοιχειομετρική εξίσωση. Π.χ. Α + Β  R Στοιχειώδης-r A = k * C A * C B Π.χ. H 2 + Br 2  2 HBr μη στοιχειώδης

8 Για την αντίδραση 1 ης τάξηςΑ  Β θεωρώντας τον όγκο του συστήματος σταθερό (V=ct) ο υπολογισμός των αντιδραστήρων με βάση την ταχύτητα της αντίδρασης είναι ως εξής: C A /C AO t k=0,5 k=5 k=2 k=1 Ln[C A /C AO ] t k=0,5 k=5 k=2 k=1 1 ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ 1 ΗΣ ΤΑΞΗΣ ΑΝΑΝΤΙΣΤΡΕΠΤΗ

9 ΑΝΤΙΣΤΡΕΠΤΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Η «καθαρή» ταχύτητα σχηματισμού ενός συστατικού ισούται με την ταχύτητα σχηματισμού του προς τα εμπρός συν την ταχύτητα εξαφάνισης του προς τα πίσω. Σε κατάσταση ισορροπίας η καθαρή ταχύτητα είναι μηδενική. Έστω η στοιχειώδης αντιστρεπτή αντίδραση: Η ταχύτητα σχηματισμού του R που συμβαίνει προς τα εμπρός είναι: r R, προς τα εμπρός = k 1 * C A * C B Η ταχύτητα κατανάλωσης του R προς τα πίσω είναι : -r R, προς τα πίσω = k 2 * C R * C S Στην ισορροπία ισχύει:ταχύτητα σχηματισμού = ταχύτητα κατανάλωσης  r R, εμπρός = - r R, πίσω => r R, εμπρός + r R, πίσω = 0 =>  k c = k 1 / k 2 = (C R * C S ) / (C A * C B ) Οι ταχύτητες σχηματισμού και κατανάλωσης για τα συστατικά Α, Β, S είναι : (-r A )=k 1 *C A *C B – k 2 *C R *C S (-r A ) = (-r B ) = r S r S = k 2 *C R *C S – k 1 *C A *C B

10 ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ ΟΓΚΟΥ Μπορούμε να υπολογίσουμε την έκφραση της ταχύτητας της αντίδρασης σε σχέση με το βαθμό μετατροπής, δηλαδή (-r A ) = f (Χ), συνδυάζοντας τη σχέση Ci=f(X) με την κατάλληλη εξίσωση ταχύτητας. Καθαρή μεταβολή moles/ mole αντιδρώντος A : Παράδειγμα μεταβολής όγκου Ν 2 (g) + 3H 2 (g) = 2 NH 3 (g)=> ε = (1/4)*(2 - 4) = -1/2 1 όγκος + 3 όγκοι = 2 όγκοι  μείωση όγκου Αν θεωρήσουμε γραμμική μεταβολή του όγκου V=V Ο *(1+ε A *x A ) => C A =C AΟ *(1-x A )/(1+ε A *x A ) μεταβολή των moles για πλήρη αντίδραση του Α συνολικός αριθμός moles που εισάγονται στον αντιδραστήρα

11 Α) Σε συστήματα σταθερού όγκου Β) Σε συστήματα μεταβλητού όγκου Ονομάζουμε κλασματική μεταβολή του όγκου ε Α το ποσοστό μεταβολής του όγκου του συστήματος μεταξύ πλήρους και μηδενικής μετατροπής του Α. Εάν δεχτούμε ότι ο όγκος μεταβάλλεται γραμμικά σε σχέση με το βαθμό μετατροπής, δηλαδή V=Vo*(1+εΑ*xA) Τότε Δηλαδή ή ΣΧΕΣΗ ΒΑΘΜΟΥ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ

12 4 A (g)  R (g) + 6 S (g) Να υπολογιστούν οι συγκεντρώσεις των A, R, S. T=650°K P=4,6 atm T=650°K P=4,6 atm XA=0,8 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

13 ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΔΙΑΛΕΙΠΟΝΤΟΣ ΕΡΓΟΥ Σταθερός όγκος V=ct P=ct T=ct Μεταβλητός όγκος V≠ct Σφαιρικός αντιδραστήρας

14 Fixed Bed Reactor ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΜΕ ΡΟΗ ΥΛΙΚΩΝ Σταθερός όγκος V=ct P=ct T=ct Μεταβλητός όγκος V≠ct


Κατέβασμα ppt "Περιεχόμενα : Υπολογισμός μεγέθους αντιδραστήρων Ταχύτητα της αντίδρασης Σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης Είδη αντιδράσεων και ταχύτητα αντίδρασης Αντίδραση."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google