Bài tập Kỹ Thuật Phản Ứng (giải)

BM CNHH – ĐNHL TP HCM Bài tập Kỹ thuật phản ứng Bài tập 1 1 1 Cho phản ứng A + 3B → 2C với điều kiện ban đầu CB0 = 2CA0 và CC0 = 0 Phản ứng bậc zero và thể tích không đổi, a Hãy mô tả sự biến đổi nồn.

BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM Bài tập Kỹ thuật phản ứng Bài tập 1.1 Cho phản ứng A + 3B → 2C với điều kiện ban đầu: CB0 = 2CA0 CC0 = Phản ứng bậc zero thể tích khơng đổi, a/ Hãy mơ tả biến đổi nồng độ theo thời gian phản ứng b/ Khi nồng độ A B cân c/ Tác chất hết trước ? Biễu diễn đồ thị 1.2 Hằng số tốc độ phản ứng K phản ứng bậc zero xác định nhiệt độ khác nhau: K (mol/m3.min) 522 755 1700 4020 5030 Nhiệt độ (°C) 319 330 354 378 383 a/ Ảnh hưởng nhiệt độ lên K có tuân theo mơ hình Arrhenius khơng? b/ Nếu phản ứng có dạng A → B với CA0 = kmol/m3 CB0 = kmol/m3 Hãy biểu diễn thay đổi nồng độ chất theo thời gian phản ứng nhiệt độ 340°C c/ Khi toàn chất A sử dụng hết cho phản ứng ? Tại đó, nồng độ chất B bao nhiêu? d/ Tính thời gian để A giảm nửa lượng ban đầu (tại 340°C) 1.3 Cho phản ứng pha khí đồng thể bậc 0: A → 2.7 R, thực bình phản ứng tích khơng đổi với hỗn hợp ban đầu gồm 80%A 20% khí trơ ta có kết sau: Thời gian, h Áp suất tổng, at 1.5 a/ Nếu hỗn hợp ban đầu có áp suất tổng 10 at gốm A nguyên chất (khơng chứa khí trơ), xác định áp suất tổng sau 1h b/ Nếu ban đầu A có áp suất riêng phần at, khí trơ có áp suất riêng phần ban đầu 9at Xác định áp suất tổng sau 1h 1.4 Phản ứng pha lỏng A → R + S xày sau: Thời gian, ph 36 65 100 160 ∞ BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM CA, mol/l Bài tập Kỹ thuật phản ứng 0.1823 0.1453 0.1216 0.1025 0.0795 0.0494 với CA0 = 0.1823 mol/l; CR0 = 0; CS0 = 55 mol/l Tìm phương trình vận tốc phản ứng 1.5 Tìm bậc tổng quát phản ứng không thuận nghịch: 2H2 + 2NO → N2 + 2H2O từ số liệu thí nghiệm bình phản ứng tích khơng đổi dùng lượng đẳng mol H2O NO: Áp suất tổng , mmHg 200 240 280 320 360 t1/2, s 265 186 115 104 67 1.6 Cho phản ứng sau: (ở 279.2°C) SO2Cl2 → Cl2 + SO2 Ở điều kiện thể tích hỗn hợp khơng đổi, theo dõi áp suất tổng cộng theo thời gian liệu sau: t, ph 3.4 15.7 28.1 41.1 54.5 68.3 82.4 96.3 Pt, mmHg 325 335 345 355 365 375 385 395 1.7 Một phản ứng pha khí A B A lấy dư Xác định tốc độ phản ứng dựa kết thực nghiệm sau: PA0 (mmHg) PB0 (mmHg) t1/2 (min) 500 10 80 125 15 213 250 10 160 250 20 80 1.8 Cho phản ứng A + B + C → P Dựa kết thực nghiệm, xây dựng biểu thức tốc độ phản ứng BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM Bài tập Kỹ thuật phản ứng TN CA0 (M) CB0 (M) CC0 (M) r0 (M/s) 0.151 0.213 0.398 0.480 0.251 0.105 0.325 0.356 0.151 0.213 0.525 1.102 0.151 0.250 0.480 0.988 Nếu nồng độ tác chất 0.1 M tốc độ phản ứng bao nhiêu? Bài tập 2.1 Cho phản ứng thuận nghịch sau: k1 A + B C k2 Giả sử phản ứng stoichiometry và: dCC/dt = k2.CA.CB – k1.CC Điều kiện ban đầu: CA0 = mol/L, CB0 = mol/L, CC0 = 0.1 mol/L Với k1 = 0.5/ph; k2 = 2.0 L/ph.mol Xác định nồng độ chất A, B , C theo thời gian phản ứng 2.2 Cho chuỗi phản ứng: Ak 1Bk 2C → → Biết phản ứng bậc có: K1 = 0.1/min ; K2 = 0.05 /min; CA0 = 1.0 mol/L; CB0 = CC0 = mol/L Xác định nồng độ chất A, B , C theo thời gian phản ứng 2.3 Cho phản ứng song song sau: BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM Bài tập Kỹ thuật phản ứng A + B → P1 (bậc n) A + B → P2 (bậc n*) Giả sử n = n* Nồng độ chất A theo thời gian sau: t, ph 10 20 40 60 80 100 CA, mol/L 20 18.2 16.7 14.3 11.1 9.1 7.7 6.7 Sau 100 phút, nồng độ cácsản phẩm 2.66 mol/L 10.64 mol/L Xác định bậc phản ứng số tốc độ phản ứng 2.4 Cho phản ứng sau: 2A + B → C Phản ứng có bậc với phương trình động học là: r = -k.CA.CB với k = 0.002 L/mol.s Thiết bị phản ứng có thông số đầu vào sau: Lưu lượng: 10 L/phút CA = mol/L; CB = mol/L; CC = mol/L Độ chuyển hóa phản ứng X = 0.8 a/ Xác định thể tích bình CSTR dùng cho phản ứng b/ Xác định thể tích thiết bị PFR dùng cho phản ứng 2.5 Phản ứng pha lỏng A → 2R thực bình phản ứng thể tích Lít hoạt động liên tục Ta có CA0 = M Xác định phương trình vận tốc dựa kết thực nghiệm TN Lưu lượng nhập liệu (cm3/s) Nhiệt độ (°C) Đầu ra: CR (mol/L) 13 1.8 15 13 1.5 15 84 1.8 2.6 Cho bình phản ứng dạng ống thể tích khơng đổi hoạt động 100°C, at thực phản ứng: 2A → R + S BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM Bài tập Kỹ thuật phản ứng Trong dòng nhập liệu có lưu lượng 100 molA/h Tính thể tích thiết bị để đạt độ chuyển hóa 95% dựa liệu khảo sát phản ứng: t, s PA, at t, s PA, at 1.00 140 0.31 20 0.80 200 0.17 40 0.68 260 0.09 60 0.58 330 0.04 80 0.49 420 0.01 100 0.42 2.7 Cho phản ứng bậc 2: 2N2O → 2N2 + O2 , có k = 977 cm3/mol.s 895°C Biết áp suất ban đầu at, tính độ chuyển hóa phản ứng thời điểm 1s, 10s 10 phút 2.8 Cho phản ứng A → B có phương trình động học sau: dCA/dt = -k.CA với k = 4.2x10-4/s Các điều kiện ban đầu là: CA0 = CB0 = kmol/m3 lưu lượng dòng chảy 10 m3/h Có phương án thiết kế: - Chỉ dùng bình CSTR - Dùng kết hợp CSTR nối PFR (đầu vào thiết bị PFR có CA = 0.5 kmol/m3) Giả sử nhiệt độ ổn định a/ Tính thời gian lưu trung bình cho phương án để đạt độ chuyển hóa 90% b/ Tính thể tích thiết bị c/ So sánh phương án 2.9 Phản ứng không thuận nghịch sau thực điều kiện khối lượng riêng nhiệt độ không đổi: Ak 1R k2 S → → với k1 = 0.15/phút k2 = 0.05/phút BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM Bài tập Kỹ thuật phản ứng Phản ứng hoạt động liên tục với lưu lượng nhập liệu 150 L/phút Biết CR0 = CS0 = Hãy cho biết phương án sau, phương án cho suất R tốt a/ Bình khuấy trộn liên tục V = 300 L b/ bình khuấy trộn liên tục V =150 L/bình nối tiếp c/ bình khuấy mắc song song d/ Thiết bị dạng ống có V = 300 L Bài tập (Ứng dụng computer) 3.1 Trong thiết bị phản ứng có phản ứng sau : A + B → C r1=k1.cA.cB C + B → D r2=k2.cC.cB Gọi nồng độ chất trạng thái ổn định : x1 = cA x2 = cB x3 = cC x4 = cD Sau biến đổi biểu thức ta có hệ phương trình sau : v(cA0 − x1) + V(−k1.x1.x2) = v(cB0 − x2) + V(−k1.x1.x2 − k2.x3.x2) = v(cC0 − x3) + V(k1.x1.x2 − k2.x3.x2) = v(cD0 − x4) + V(k2.x3.x2) = Với v thể tích hệ trước phản ứng , V thể tích hệ thời điểm cân Cho thông số sau : V = 100; v = 1; k1 = 1; k2 = cA0 = 1; cB0 = 2; cC0 = cD0 = Tìm nồng độ chất trạng thái cân 3.2 Cho hệ phản ứng sau : A + B → C r1=k1.cA.cB BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM Bài tập Kỹ thuật phản ứng C + B → D r2=k2.cC.cB A→E r3 = k3.cA Cho lưu lượng dòng vào: v = 0.1 lit/s gồm chất A B Nồng độ ban đầu A : cA0 = 0.5 M Gọi y = cB0 / cA0 Giả sử thể tích hỗn hợp khơng đổi suốt q trình xảy phản ứng Tìm nồng độ chất thời điểm cân với y = 0.5, y = y = Biết hệ số phản ứng 298K 315K có giá trị sau : k1(298K) = 2.1 × 10−2 l/mol.s k1(315K) = 3.6 × 10−2 l/mol.s k2(298K) = 1.5 × 10−2 l/mol.s k2(315K) = 4.5 × 10−2 l/mol.s k3(298K) = 0.00012 s−1 k3(315K) = 0.00026 s−1 3.3 Cho chuỗi phản ứng : A→B→C Vận tốc phản ứng biểu diễn qua hệ phương trình vi phân sau : dCA/dt = -k1.CA dCB/dt = k1.CA – k2.CB dCC/dt = k2.CB Tại thời điểm t =0 , ta có : CA = ; CB = CC = Cho k1 = k2 = Hãy viết chương trình biểu diễn biến đổi nồng độ chất 3.4 Vận tốc biến đổi nồng độ tác chất hỗn hợp phản ứng mô tả hệ phương trình sau : dCE/dt = -k1.CE1.5.CS + k2.CES + k3.CES0.8 dCES/dt = k1.CE1.5.CS - k2.CES – k3.CES0.8 dCS/dt = -k1.CE1.5.CS + k2.CES dCP/dt = k3.CES0.8 Vào thời điểm t = 0, nồng độ chất sau : CE0 = 10 mol/l CES = CS0 = 100 mol/l Cho k1 = 10 ; k2 = ; k3 = 10 Viết chương trình xác định nồng độ chất thời điểm t = 10s CP0 = BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM Bài tập Kỹ thuật phản ứng