ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ. 9 Лабораторна робота: Розрахунок кінетичних параметрів

 

9 Лабораторна робота:
Розрахунок кінетичних параметрів

Мета роботи: дослідження ступеня окислення оксиду вуглецю (II) залежно від виду каталізатора, температури, надлишку повітря та об’ємної швидкості газового потоку.

 

Вихідні дані:

Приймаємо початкову концентрацію СО рівною одиниці, тобто .

Витрата оксиду вуглецю (II) R_CO = 15, 7 см³/хв згідно з капіляром К₂;

Витрата повітря R_пов = 118 см³/хв згідно з капіляром К₁;

Діаметр сітчастого каталізатора мм;

Висота покриття мм.

Каталітичне окиснення оксиду вуглецю (II) до оксиду (IV) за рівнянням:

2СО + О₂ = 2СО₂ + Q

 

Розрахунок:

Визначається висота проволоки з нанесеним каталізатором:

, (9.1)

мм

Знаходимо площу каталізатора:

, (9.2)

мм².

Визначається об’єм каталізатора на 1-ій, 2-ій, 3-ій, 4-ій сітках:

, (9.3)

мм³;

мм³;

мм³;

мм³.

Визначається час контактування τ на кожній сітці:

, (9.4)

с;

с;

с;

с.

Таблиця 9.1 – Результати дослідів для Pt каталізатора

Витрати повітря, Rпов, см3/хв	Витрати газової суміші, RCO+N2, см3/хв	Сумарні витрати, см3/хв	Температура реактора, Тр, ˚ С	Вміст СО у вихідній суміші, Споч, %	Вміст СО у суміші після окислення, Скін, %	Ступінь конверсії, Х, %
	15, 7	133, 7		1, 1	1, 1
	15, 7	133, 7		1, 1	1, 1
	15, 7	133, 7		1, 1	1, 1
	15, 7	133, 7		1, 1	0, 9	18, 18
	15, 7	133, 7		1, 1	0, 7	36, 36
	15, 7	133, 7		1, 1	0, 6	45, 45
	15, 7	133, 7		1, 1

 

Із таблиці 9.1 виписуємо значення ступеня конверсії при температурах 220˚ С і 260˚ С (значення температури вибирається із середини діапазону):

t₁ = 220˚ С x₁ = 0, 18;

t₂ = 260˚ С x₂ = 0, 45.

Формула, яка пов’язує ступінь конверсії х, час τ та константу швидкості k:

(9.5)

Використовуючи формулу 5, розраховуємо значення константи швидкості при двох температурах та за час контактування на першій сітці:

;

.

 

Рисунок 9.2 – Графік залежності lnk від

Із рисунка 9.2 визначаємо значення :

;

Формула, яка зв’язує тангенс кута нахилу з енергією активації:

(9.6)

Використовуючи формулу 9.6, знаходимо значення енергії активації:

кДж ≈ 40 кДж.

При 220˚ С початкова концентрація СО складає:

С₀₁ = 0, 5; С₀₂ = 0, 6; С₀₃ = 0, 8; С₀₄ = 1.

Таблиця 9.2 – Ступінь конверсії х, характерний для певної початкової концентрації СО при 220˚ С

Початкова концентрація СО	Ступінь конверсії, частки
х1	х2	х3	х4
	0, 12	0, 38	0, 57	0, 62
0, 8	0, 23	0, 49	0, 67	0, 72
0, 6	0, 37	0, 64	0, 8	0, 84
0, 5	0, 48	0, 74	0, 89	0, 93

Для побудови рисунка 9.3 використовуємо дані, наведені в таблиці 9.2.

, с

Рисунок 9.3 – Графік залежності ступені конверсії х від часу контактування на сітці τ

Щоб визначити порядок реакції використаємо два способи:

I спосіб:

Із рисунка 9.3 визначаємо тангенси кута нахилу при різних ступенях конверсії:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Віднявши від першого рівняння друге отримаємо:

;

.

II спосіб:

Формула для визначення швидкості реакції:

(9.7)

Визначається значення константи швидкості при 220˚ С:

Використовуючи формулу 9.7, знайдемо значення порядку реакції:

;

;

;

.

Отже, порядок реакції 1 перший, енергія активації складає 40 кДж.

Кінетичне рівняння має наступний вигляд:

.

 

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

Для студентів спеціальності „Автоматизація технологічних процесів”

 

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Івано-Франківський національний технічний

університет нафти і газу

Кафедра нафтогазового технологічного

транспорту і теплотехніки

Гаєва Л.І.,

Дем’янчук Я.М.

ТИПОВІ ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ

І ОБ’ЄКТИ ВИРОБНИЦТВ