Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Химия -> Эмануэль Н.М. -> "Курс химической кинетики. 4-е изд." -> 92

Курс химической кинетики. 4-е изд. - Эмануэль Н.М.

Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. 4-е изд. — М.: Высшая школа., 1984. — 463 c.
Скачать (прямая ссылка): Emanuel.djvu
Предыдущая << 1 .. 86 87 88 89 90 91 < 92 > 93 94 95 96 97 98 .. 178 >> Следующая

Очевидно, что зная функции (У.21) для всех компонентов реакции, можно без труда ответить на те два вопроса, которые ставились в прямой задаче для реакции простых типов — найти концентрацию любого компонента в момент времени / и найти время, необходимое для того, чтобы концентрация некоторого компонента достигла желаемого значения.
Однако в кинетике сложных реакций знание констант скорости стадий позволяет находить и некоторые другие существенные характеристики процесса.
Часто целью химического превращения является получение того или иного промежуточного или конечного продукта. В этом случае важной характеристикой процесса является выход целевого продукта, интересующего исследователя, т. е. отношение количества этого продукта в определенный момент времени к тому количеству, которое образовалось бы при полном превращении исходных веществ в этот продукт. Для реакции в замкнутой системе при постоянном объеме это отношение можно заменить отношением соответствующих концентраций.
Если стехиометрическое уравнение процесса, приводящего к образованию целевого продукта, записать в виде
го для случая, когда исходные вещества взяты в количествах, пропорциональных их стехиометрическим коэффициентам (т. е. когда для всех исходных веществ отношения [Х?й]/л^ одинаковы), выход целевого продукта Хр, 'Ср определится как
1„ =
[Х„1 [Х,|. |дс,-| [Л,,]
1Х,Ь"
(У.23)
235
і
Например, в реакции окисления бензола смесью H2Og и Соли Fe2+ (концентрация бензола полагается достаточно низкой, чтобы он был полностью растворен) продуктами являются фенол и дифе-нил. Они образуются в соответствии со стехиометрическими уравнениями (II.5) и (II.6):
СИ,, + 2Fe2+ + 2Н202 + 2Н+ ->- С„Н5ОН +¦ 2Fea+ + ЗНгО 2CeHe + 2Fe2+ + 2Н202 + 2Н+ ->- Cl2H10 + 2Fea+ + 4Н30
Следовательно, если C„He, Fe2+, Н202 взяты в молярном соотношении 1 : 2 : 2, то выход фенола можно определить как
_ [CeH5OH] „ tCHsOH] 0 [С6Н.ОН] Ьсн.он- |СвНв]|1 ~г \Fe2+]o -1 ГНД]о •
Выход дифенила для реакционной смеси, в которой начальные концентрации CeH„, Fea+ и Н202 взяты в эквимолярном соотношении, запишется в виде
у _о [^цНю] _2 [Ci2H10] [С12Н10] ^»»1. |CeH6]0 [Fe=% [Н2О2]0 *
Если же для исходных веществ [Х;]0/л;(- не одинаковы, то какой-либо компонент X, является лимитирующим (характеризуется наименьшим значением [Х,]0/л;г). В этом случае выход чаще всего определяют как отношение (V.23) для лимитирующего компонента:
•V |ХР|
?> = ^r[x7v <V24>
Например, если в указанном примере Н202 и Fea+ взяты в избытке, то выходы фенола и дифенила следует определять как
- _ [СвН5ОН] 2 [С12Н10]
Ьс.н.он— [СвНв]о • ?с„н10- [СвНв]о •
В реакциях простых типов выход целевого продукта монотонно возрастает во времени, стремясь к предельному значению 1 (100 %) в необратимых реакциях и к равновесному значению в обратимых. Равновесный выход рассчитывается из начальных концентраций компонентов и константы равновесия, т. е. определяется составом исходной смеси и термодинамической характеристикой реакции.
В сложных реакциях предельный выход (при t = 00) целевого конечного продукта превращения (tp)? может оказаться меньше единицы, даже если все стадии процесса необратимы, из-за параллельно протекающих побочных реакций с расходованием лимитирующего компонента. Если же целевым является промежуточное соединение, то его концентрация в реакционной смеси может проходить через максимум. В этом случае представляет интерес определить время t max, при котором достигается эта максимальная концентрация, и максимальный выход промежуточного соединения (Ср)тах- Все эти величины находят с помощью функций (V.21). Предельный выход, очевидно, определится как значение ?р при t = 00:
l*>! Fp(k"s, [Х~]0, t = co) gp)°>=—p--[ХТЬ- (V25)
Время./та» „для промежуточного продукта находят как значение и удовлетверяющее условию максимума
\ (И /<=<тах '
Наконец, (^р)тах находят подстановкой / = гшах в (Л/.26):
1Г \ \Х' \ ''р^"' ^Х"]°' /тах^ 1\27)
Значения (^р)оо ДЛЯ КОНеЧНОГО Продукта И (?р)тах И /шах для
промежуточного соединения зависят от констант скорости стадий, т. е. от условий проведения процесса, и от начальных концентраций компонентов, т.е. от состава исходной реакционной смеси. С помощью этих функций, поэтому можно решать различные задачи на оптимизацию временных условий и состава реакционной смеси с целью получения максимального выхода целевых соединений.
Обратная задача в кинетике сложных реакций
Обратная задача состоит в нахождении набора значений констант скорости стадий к3 из экспериментальных данных по кинетике процесса. Эти данные могут представлять собой кинетические кривые для компонентов реакции, т. е. зависимости [Хп\ (г) при одном или нескольких заданных наборах начальных концентраций [X,],. Если кинетические кривые определены с достаточно высокой степенью точности, то из них могут быть получены значения скоростей реакций по компонентам v{n), соответствующие определенным_на-борам концентраций компонентов [Х„], т. е. зависимость ([Х„]). Эту же зависимость можно получить, проводя исследуемый процесс в реакторе идеального смешения.
Предыдущая << 1 .. 86 87 88 89 90 91 < 92 > 93 94 95 96 97 98 .. 178 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed