Что такое findtheslide.com?

FindTheSlide.com - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.


Для правообладателей

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Яндекс.Метрика

Презентация, доклад на тему Сложные реакции

Презентация на тему Сложные реакции, из раздела: Химия. Эта презентация содержит 26 слайда(ов). Информативные слайды и изображения помогут Вам заинтересовать аудиторию. Скачать конспект-презентацию на данную тему можно внизу страницы, поделившись ссылкой с помощью социальных кнопок. Также можно добавить наш сайт презентаций в закладки! Презентации взяты из открытого доступа или загружены их авторами, администрация сайта не отвечает за достоверность информации в них. Все права принадлежат авторам презентаций.

2. Сложные реакции2. 1 Обратимые реакции 	Для бимолекулярной обратимой реакции Кинетические кривые для реакции (2R1)  С увеличением  k1 равновесие 2.2 Параллельные реакции: 	вещество А превращается по двум (и более) направлениям 2.3 Последовательные реакции:    k1   k2 A → Кинетические кривые для последовательной реакции: k2 = 0,8 с-1 Важно: в последовательной схеме селективность по промежуточному продукту является функцией времени. Концентрация Эти особенности кинетики позволяют обосновать схему протекания сложной реакции с использованием критерия Зависимость отношения концентраций [П]/[A] от времени контакта ЦГД-1,2 с (56%Ni-Sn)/SiO2  553К523К500К Схема синтеза дифениламинаСхема синтеза дифениламина Зависимость соотношения олефинов от времени контакта (хДМЭ= 100%) на HZSM-5/Al2O3. T=450oC Аналитическое решение и быстрый кинетический анализ невозможны для сложных схем реакции. Поэтому Применение стационарного приближения позволяет упростить кинетический анализ. Например, система дифференциальных уравнений (3.5) Кинетические кривые для последовательной реакции; a) k2 = 0,8 с-1 b) k2 2. Допущение о лимитирующей стадии (ЛC) в системе - т.е. предположение о Кинетика образования продукта D для схемы  A ⇔ B → Лимитирующая стадия (ЛС)При наличии ЛС вся кинетическая информация относится только к этой Найдем отношение						(3.17)и оценим возможность реализации СС, а также время его достижения с Применение стационарного приближения для описания неразветвленной цепной реакцииразложение ацетальдегида (А) с образованием d[CН3∙]/dt = k1CA- k2CA[CН3∙]+ k3[СН3С∙=О]- k4[СН3∙]2 = 0 d[СН3С∙=О]/dt = k2CA[CН3∙] - Этапы разработки формальной кинетической модели процессаЭкспериментальное исследование зависимости концентрации реагентов от времени Проверка применимости кинетических уравнений в линеаризующих координатах Полученное кинетическое уравнение вида:используют для Реакторы химических процессов Подразделяют по способу подачи реагентов на статические (автоклав) и Нестационарный режим является нежелательным, особенно в промышленности, поэтому наиболее распространенными являются проточные Цилиндрический реактор идеального вытеснения: QA – объемная скорость потока; dVR откуда rdVR = QAC(0)dx и, разделяя переменные, получим dVR/QA = C(0)dx/r		(3.21)С учетом Реактор идеального перемешиванияявляется безградиентным, т.е. скорость процесса в реакторе не зависит от
Слайды презентации

Слайд 1 2. Сложные реакции
2. 1 Обратимые реакции

2. Сложные реакции2. 1 Обратимые реакции 	Для бимолекулярной обратимой реакции
Для бимолекулярной обратимой реакции
k1
A + B ⇔ D + F , r = r1 - r2 (2R1)
k2
принимая CA= CB = [A], получим исходное уравнение
d[A]/dt = -k1[A]2 + k2 (C(0) –[A])2 ; t=0, [A]= C(0) (3.1)
Решение (3.1) имеет вид:
α = (1+exp(t))(1+ +(1- )exp(t ))-1 (3.2)
где exp(t) = exp(-2C(0)k1t/ ) и K= k1/k2
Видно, что учет обратимости усложняет вид кинетического уравнения, и для бимолекулярной обратимой реакции концентрацию нельзя выразить в виде явной функции времени.






Слайд 2 Кинетические кривые для реакции (2R1)

Кинетические кривые для реакции (2R1)  С увеличением  k1 равновесие С увеличением
k1 равновесие
достигается быстрее;
положение равновесия
определяет значение К:

k1= 0,4 (M.c)-1, К = 4 (1) и k1= 2,5(M.c)-1, К = 25 (2)


Слайд 3 2.2 Параллельные реакции:
вещество А превращается

2.2 Параллельные реакции: 	вещество А превращается по двум (и более) направлениям по двум (и более) направлениям
k1
A ⇒ В и
k2 (3.R2)
A ⇒ D
например, при окислении органических веществ параллельно протекают парциальное, а также полное окисление – до CO2 и H2O. Убыль концентрации А и селективность по веществу В определяются уравнениями
[A] = C(0)exp{-(k1 +k2)}t; (3.3) и
sB = [B]/([B]+[D]) = k1/(k1 +k2) (3.4)
Важно: для этой схемы селективность не является функцией времени и концентрации, а зависит только от соотношения констант скорости. Это - визитная карточка параллельной схемы превращения.

Слайд 4 2.3 Последовательные реакции: k1

2.3 Последовательные реакции:    k1   k2 A k2 A → B → D (3.R3) Запишем скорости убыли А и накопления В и D: d[A]/dt = - k1[A] d[B]/dt = k1[A] - k2 [B] (3.5) d[D]/dt = k2 [B] Решения системы (3.5) имеют вид: α = exp(-k1t) (3.6)




(3.9)

(3.7)

(3.8)


Слайд 5 Кинетические кривые для последовательной реакции: k2

Кинетические кривые для последовательной реакции: k2 = 0,8 с-1 = 0,8 с-1

Слайд 6 Важно: в последовательной схеме селективность по

Важно: в последовательной схеме селективность по промежуточному продукту является функцией времени. промежуточному продукту является функцией времени. Концентрация промежуточного продукта yB проходит через максимум во времени в точке:
tmax = ln(k1/k2)/Δk ; Δk= (k1 - k2), (3.10)
максимальный выход промежуточного продукта
yBmax = (k1/k2)-k2/Δk (3.11)
время достижения и величина максимума зависят только от соотношения констант 1й и 2й стадий.


Слайд 7 Эти особенности кинетики позволяют обосновать схему

Эти особенности кинетики позволяют обосновать схему протекания сложной реакции с использованием протекания сложной реакции с использованием критерия относительной селективности (ρ).
Если при t?0 отношение концентраций продуктов ρ= [D]/[B] отличается от нуля, то D и B образуются в параллельных реакциях: B ?A? D.
Если ρ = [D]/[B]?0, то эти продукты образуются последовательно: A? B? D.


Слайд 8 Зависимость отношения концентраций [П]/[A] от времени

Зависимость отношения концентраций [П]/[A] от времени контакта ЦГД-1,2 с (56%Ni-Sn)/SiO2  553К523К500К контакта ЦГД-1,2 с (56%Ni-Sn)/SiO2





553К

523К

500К


Слайд 9 Схема синтеза дифениламина

Схема синтеза дифениламина

Схема синтеза дифениламинаСхема синтеза дифениламина

Слайд 10
Зависимость соотношения олефинов от времени контакта

Зависимость соотношения олефинов от времени контакта (хДМЭ= 100%) на HZSM-5/Al2O3. T=450oC
(хДМЭ= 100%) на HZSM-5/Al2O3. T=450oC

Слайд 11 Аналитическое решение и быстрый кинетический анализ

Аналитическое решение и быстрый кинетический анализ невозможны для сложных схем реакции. невозможны для сложных схем реакции. Поэтому используют упрощения при кинетическом анализе:
1. Стационарное состояние (СС) системы (в закрытых системах - «квазистац. состояние): скорость накопления промежуточного соединения (приблизительно) равна нулю;
В схемах A → B → D или A ⇔ B → D:
d[B]/dt ~ 0.

Стационарное состояние и лимитирующая стадия


Слайд 12 Применение стационарного приближения позволяет упростить кинетический

Применение стационарного приближения позволяет упростить кинетический анализ. Например, система дифференциальных уравнений анализ. Например, система дифференциальных уравнений (3.5) превращается в алгебраические уравнения. Уравнения (3.7) и (3.8) для концентраций продуктов примут простой вид:
yB = k1{exp(-k1t)}/k2) (3.12) и
yD = 1- exp(-k1t) (3.13)
точность этого приближенного решения тем выше, чем меньше отношение k1/k2, как видно из рис. 11. (для улучшения описания можно добавлять продукт В в исходную смесь)

Слайд 13 Кинетические кривые для последовательной реакции; a)

Кинетические кривые для последовательной реакции; a) k2 = 0,8 с-1 b) k2 = 0,8 с-1 b) k2 = 4,0 с-1; yB (точное решение), yB(st) стационарное приближение

Слайд 14 2. Допущение о лимитирующей стадии (ЛC)

2. Допущение о лимитирующей стадии (ЛC) в системе - т.е. предположение в системе - т.е. предположение о том, что скорость суммарного процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии, например, 2й в схеме A ⇔ B → D
Скорость лимитирующей стадии 2 равна:
r2 = k2 [B] = k2K1[A] (3.14)
Кинетика образования продуктов В и D при наличии ЛС имеет вид:
β = K1 exp(-K1k2t) (3.15)
δ = 1- (1+K1)exp(-K1k2t) (3.16)


Слайд 15 Кинетика образования продукта D для схемы

Кинетика образования продукта D для схемы  A ⇔ B A ⇔ B → D : K1= 0,1; k1 = 1 c-1; k2= 1 (1) и 2 c-1 (2); решение: ─ точное, ∆- для СС и х- для ЛС



Слайд 16 Лимитирующая стадия (ЛС)
При наличии ЛС вся

Лимитирующая стадия (ЛС)При наличии ЛС вся кинетическая информация относится только к кинетическая информация относится только к этой медленной стадии. До ЛС происходит накопление вещества, а после ЛС все концентрации промежуточных соединений весьма малы.
Когда константа K1>1, СС (и ЛС) дает плохой результат из-за быстрого превращения реагента в закрытой системе. Для применения СС следует поддерживать концентрацию [A] ~ const (в проточном реакторе).
Из рисунка видно, что приближения СС и ЛС дают хорошее кинетическое описание, начиная с некоторого момента времени. Поэтому для применения приближения СС рассмотрим динамику накопления продукта D.

Слайд 17 Найдем отношение
(3.17)

и оценим возможность реализации СС,

Найдем отношение						(3.17)и оценим возможность реализации СС, а также время его достижения а также время его достижения с точностью 90%. Пусть k1/k2= 0,5 и k2=0,8 с-1, тогда tм= 1,73 с. Данные расчета по (3.17) приведены ниже:



Видно, что вблизи tм величина ошибки приближения СС составляет около 11%, быстро снижаясь с увеличением времени. При t> 3tм величины yD и yD (cт) ~ равны. Следовательно, приближение СС можно использовать при соотношении констант k1/k2 < 1, начиная с момента максимума концентрации промежуточного соединения В.





Слайд 18 Применение стационарного приближения для описания неразветвленной

Применение стационарного приближения для описания неразветвленной цепной реакцииразложение ацетальдегида (А) с цепной реакции

разложение ацетальдегида (А) с образованием метана, СО и этана: СН3СНО ? СН4 + СО mA = 1,5
Схема протекания реакции:
(иниц., разрыв связи С-С)
(продолж. ц., отрыв Н от А)
(продолжение цепи, разрыв С-С)
(обрыв цепи)
Из условия стационарности для радикалов, участвующих в продолжении цепи, получим 2 алгебраических уравнения







Слайд 19 d[CН3∙]/dt = k1CA- k2CA[CН3∙]+ k3[СН3С∙=О]- k4[СН3∙]2

d[CН3∙]/dt = k1CA- k2CA[CН3∙]+ k3[СН3С∙=О]- k4[СН3∙]2 = 0 d[СН3С∙=О]/dt = k2CA[CН3∙] = 0
d[СН3С∙=О]/dt = k2CA[CН3∙] - k3[СН3С∙=О] = 0 (3.18)
из суммы уравнений (3.18) найдем:
[CН3∙] = (k1CA/ k4)0,5
Скорость образования метана (стадия 2)
d[CН4]/dt = k2CA[CН3 ∙] и получим кинетическое уравнение
d[CН4]/dt = k2(k1/k4)0,5 CA1,5 (3.19)
которое правильно отражает наблюдаемые закономерности.

Слайд 20 Этапы разработки формальной кинетической модели процесса

Экспериментальное

Этапы разработки формальной кинетической модели процессаЭкспериментальное исследование зависимости концентрации реагентов от исследование зависимости концентрации реагентов от времени реакции Ci(t),
Рассчитывают начальную скорость реакции r0= dCi/dt, (при малой конверсии) и исследуют зависимость r0(Ci) при различных температурах с целью определения значений порядка реакции по всем реагентам (mi) и значений Ен.
Применимость найденного порядка реакции проверяют путем расчета константы скорости, используя одно из уравнений в табл. 2.
После нахождения констант скорости определяют энергию активации по уравнению Аррениуса. Найденные значения E и mi сопоставляют с имеющимися в литературе, и в случае существенных различий, проводится анализ причин таких расхождений.

Слайд 21 Проверка применимости кинетических уравнений в линеаризующих

Проверка применимости кинетических уравнений в линеаризующих координатах Полученное кинетическое уравнение вида:используют координатах

Полученное кинетическое уравнение вида:


используют для выбора реактора, параметров его работы (T, C и др.), обеспечивающих максим. эффективность процесса.


Слайд 22 Реакторы химических процессов
Подразделяют по способу

Реакторы химических процессов Подразделяют по способу подачи реагентов на статические (автоклав) подачи реагентов на статические (автоклав) и проточные, по профилю концентраций и температур различают безградиентные (с идеальным перемешиванием) и реакторы идеального вытеснения: дифференциальные (малые градиенты) и интегральные (значительные градиенты).
При изменении режима в реакторе (Т, Р, скорости потока) возникает нестационарный режим с неустановившейся температурой, давлением или потоком. Время перехода из одного стационарного режима в другой называется временем релаксации системы, которое обратно пропорционально коэффициенту соответствующего свойства, например, теплопроводности и диффузии.

Слайд 23 Нестационарный режим является нежелательным, особенно в

Нестационарный режим является нежелательным, особенно в промышленности, поэтому наиболее распространенными являются промышленности, поэтому наиболее распространенными являются проточные реакторы, в которых процессы тепло- и массообмена легко регулируются.
В статическом реакторе время реакции является отрезком астрономического времени. В проточном реакторе время реакции (время пребывания) равно отношению объема реакционного пространства к объемной скорости потока
τ = VR/QA и не связано с астрономическим временем. Для реактора идеального вытеснения, справедливы указанные выше кинетические уравнения, при использовании вместо времени t величины τ.
Покажем это на примере реакции 1-го порядка А → В, протекающей в цилиндрическом реакторе идеального вытеснения

Слайд 24 Цилиндрический реактор идеального вытеснения: QA –

Цилиндрический реактор идеального вытеснения: QA – объемная скорость потока; объемная скорость потока; dVR – элемент объема реактора, в котором превращается часть вещества dx.

В стационарном режиме в элементе объема нет накопления вещества:


(3.20)


Слайд 25 откуда rdVR = QAC(0)dx и, разделяя

откуда rdVR = QAC(0)dx и, разделяя переменные, получим dVR/QA = C(0)dx/r		(3.21)С переменные, получим dVR/QA = C(0)dx/r (3.21)
С учетом начального условия: при τ =0, x = 0 найдем общее выражение связи времени пребывания со степенью превращения для реакции, протекающей в реакторе идеального вытеснения:
(3.22)

Для реакции 1-го порядка
и после взятия интеграла, получим
k.τ = -ln(1-х) (3.23)


r = kCA = kC(0)(1-x)


Слайд 26 Реактор идеального перемешивания
является безградиентным, т.е. скорость

Реактор идеального перемешиванияявляется безградиентным, т.е. скорость процесса в реакторе не зависит процесса в реакторе не зависит от тепло- и массопереноса, геометрии реактора, скорости потока и др. В таком реакторе расчеты упрощаются по причине отсутствия градиентов концентраций – следовательно, не надо интегрировать дифференциальные уравнения. Из уравнения материального баланса по исходному веществу А
QA(C(0) – CA) – rVR = 0
вводя время пребывания в реакторе, для реакции 1-го порядка получим кинетическое уравнение в реакторе идеального перемешивания:


(3.24)