Файл: Курсовая работа термодинамические и кинетические особенности пиролиза углеводородов.docx
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 126
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
-
химическАЯ киНетикА
-
курсовая работа
«термодинамические и кинетические особенности пиролиза углеводородов»
курсовая работа посвящена пиролизу углеводородов. она выполняется студентами после детального изучения раздела
«химическая кинетика» рабочей программы по курсам «Физи- ческая химия», «дополнительные главы физической химии». особенностью рассматриваемой курсовой работы является то, что в ней частично используется учебный материал, пройденный в предыдущем семестре, — термодинамический расчет экстенсив- ных свойств системы с протекающей в ней газовой реакцией для определения наиболее вероятной реакции. во второй половине курсовой работы данные термодинамического расчета дополня- ются анализом предоставленных студенту данных кинетического эксперимента.
в рамках курсовой работы будут рассмотрены термодинами- ческий и кинетический аспекты процесса пиролиза.
цели данной курсовой работы:
-
термодинамическое определение наиболее вероятной реакции, протекающей в газовой системе из четырех предложенных; -
изучение влияния различных факторов на состав равновес- ной смеси; -
изучение формальной кинетики процесса.
в результате проведения курсовой работы будет термодина- мически обоснован выбор наиболее вероятной реакции, протека- ющей в определенном интервале температур в газовой системе, содержащей бутан; рассмотрено влияние температуры, давления и введения в систему постороннего газа на степень термической диссоциации реагента.
на основе анализа кинетических кривых модельных опытов получено кинетическое уравнение; будут найдены порядки реак-
ции по реагенту, эффективная константа скорости, величина энер- гии активации и предэкспоненциального множителя.
-
выбор наиболее вероятной реакции и анализ влияния различных факторов
на равновесный состав системы
в курсовой работе рассматривается газовая система, в которой теоретически возможно протекание четырех реакций. необходимо определить, какая именно реакция будет наиболее вероятна в ука- занном температурном интервале. следует отметить, что опреде- ление возможности протекания реакции в выбранном направле- нии при заданных начальных условиях проводят по уравнению изотермы вант-гоффа, которое для идеальной газовой смеси имеет вид
k
G p
k
A
R–Tln–Kp RTln k ,
(2.1)
r
p,T
rgx
r [p]
где Ar—химическое сродство реакции r; — дифферен-
циальное мольное изменение энергии гиббса реакции r; — стандартное мольное изменение энергии гиббса реакции r; — константа равновесия реакции в р-шкале; — парциальное давление компонента k и размерность давления; — стехиоме- трическое число компонента kв данной реакции.в уравнениях термодинамики принято учитывать стехиоме- трические числа, которые для продуктов реакции равны стехи- ометрическому коэффициенту с положительным знаком, а для исходных веществ — стехиометрическому коэффициенту с отри- цательным знаком.
как видно из уравнения (2.1), величина химического сродства в одной и той же реакции при одной и той же температуре может
быть различной и зависит от исходных парциальных давлений или концентраций веществ. для того чтобы иметь возможность срав- нивать химическое сродство различных веществ, было введено понятие стандартного химического сродства.
стандартным химическим сродством считается сродство химической реакции, когда исходные парциальные давления или концентрации всех веществ, принимающих участие в реакции, равны единице. сравнивая стандартное химическое сродство раз- личных реакций, мы получаем характеристику их удаленности от состояния равновесия при парциальных давлениях каждого из участников реакции, равных единице.
уравнение изотермы химической реакции очень важно, так как по нему можно судить о направлении реакции: будет ли реак- ция в равновесии, пойдет ли она в прямом или в обратном напи- санному уравнению направлении.
самопроизвольный процесс сопровождается при постоянстве давления и температуры уменьшением свободной энергии гиббса. следовательно, для того чтобы реакция имела место, величина дифференциального мольного изменения энергии гиббса за счет протекания реакции должна быть отрицательной.
из уравнения изотермы следует, что знак дифференциального мольного изменения энергии гиббса за счет протекания реакции зависит от соотношения между величинами 
и
если а 
> 0, то реакция не может протекать тер-модинамически. для того чтобы она протекала, необходимо изме- нить условия:
-
если не изменять температуру, то можно изменить парци- альные давления веществ (или концентрацию) таким образом,
чтобы величина
< 0. нужно варьировать парциальными давлениями или продуктов смеси, или исходных веществ, или и теми и другими.-
если не изменять парциальные давления, то можно изменить температуры таким образом, чтобы увеличить константу равновесия данной реакции на величину, которая бы позволила быть справедливым неравенству
< 0.уравнение изотермы позволяет определить направление реакций.
если сродство реакции положительно (а следовательно, дифференциальное мольное изменение функции гиббса отрица- тельно), то реакция может идти слева направо. чем больше вели- чина химического сродства реакции r, тем более вероятна эта реакция.
следовательно, проведя расчеты и определив значение диф- ференциального мольного изменения энергии гиббса разных реакций при определенной температуре, можно сделать вывод: та реакция, у которой величина дифференциального мольного изме- нения энергии гиббса наиболее отрицательна, при выбранной температуре термодинамически будет самой вероятной. иногда оценку вероятности протекания реакции осуществляют только по величине стандартного мольного изменения энергии гиббса за счет протекания реакции. используя эту величину, можно при- ближенно оценить возможность протекания той или иной реакции в прямом направлении.
если располагать данными о количествах вещества в какой- либо момент времени, т. е. иметь возможность рассчитать так называемое произведение реакции или второе слагаемое справа в уравнении изотермы вант-гоффа, то вывод о вероятном направ-
лении реакции будет более точным.
не имея данных для расчета изменения энергии гиббса по уравнению изотермы вант-гоффа теоретически, можно лишь при- ближенно оценить вероятность реакции по величине стандартной
мольной энергии гиббса. именно такую приближенную оценку необходимо будет провести при выполнении курсовой работы.
как следует из уравнения (2.1), для определения вероятности протекания реакции необходимо рассчитать величину константы равновесия этой реакции при заданных температурах. Этот мате- риал подробно рассмотрен во многих учебниках, в данном посо- бии он будет приведен кратко.
константа химического равновесия — это величина
gст
Kr exp r.
(2.2)
RT
константа равновесия химической реакции является без- размерной величиной. современная запись закона химического равновесия: вравновеснойсистемепроизведениеактивностейкомпонентов — участников реакции в степенях, равных их сте-хиометрическим числам в данной реакции, есть величина посто-янная,зависящаятолькооттемпературыидавленияинезавися-щаяотначальныхконцентрацийкомпонентов.
константа равновесия связывает парциальные давления всех веществ, участвующих в реакции; нельзя изменить парциальное давление одного из них, чтобы это не повлекло за собой соот- ветствующего изменения парциальных давлений всех остальных веществ, участвующих в реакции, которое приводит к прежнему численному значению константы равновесия.
стандартное мольное изменение энергии гиббса реакции можно найти по формуле