Bài tập môn kỹ thuật phản ứng có lời giải

Trong quá trình học tập tại trường, chúng em đã được ban giám hiệu và thầy cô tạo những điều kiện tốt nhất cho quá trình học tập, tận tình chỉ dạy cho chúng em những kiến thức bổ ích, giúp chúng em ngày càng tiến bộ hơn.Mặc dù tiểu luận được thực hiện trong một thời gian không dài nhưng tất cả các thành viên trong nhóm chúng em đã cố gắng hết sức để có thể hoàn thành tốt.Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Cao Thanh Nhàn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập và thực hiện tiểu luận.Xin chân thành cảm ơn.

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



TIỂU LUẬN

KỸ THUẬT PHẢN ỨNG

Đề tài:

Lớp : DHHO2A – 0811210407601

Nhóm : 1

GVHD : Cao Thanh Nhàn

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



TIỂU LUẬN

KỸ THUẬT PHẢN ỨNG

Đề tài:

NHÓM THỰC HIỆN: nhóm 1

1 Đặng Hoàng Khuyết - 0605200 (nhóm trưởng)

2 Bùi Thị Minh Xuân - 0604319

3 Trần Hữu Tình - 0604316

4 Phan Thị Anh - 0605561

TP.HCM, tháng 12 năm 2008

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập tại trường, chúng em đã được ban giám hiệu và thầy cô tạo những điều kiện tốt nhất cho quá trình học tập, tận tình chỉ dạy cho chúng em những kiến thức bổ ích, giúp chúng em ngày càng tiến bộ hơn

Mặc dù tiểu luận được thực hiện trong một thời gian không dài nhưng tất cả các thành viên trong nhóm chúng em đã cố gắng hết sức để có thể hoàn thành tốt

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Cao Thanh Nhàn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập và thực hiện tiểu luận

Xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

Lời cám ơn 1

Mục lục 2

Lời mở đầu 3

Bài tập Bài 2.1 4

Bài 2.2 6

Bài 2.3 9

Bài 2.4 11

Bài 2.5 13

Bài 2.6 17

Bài 2.7 19

Nhận xét của giáo viên 20

Danh sách nhóm 21

LỜI MỞ ĐẦU

Một quy trình công nghệ hoá học được thiết kế nhằm để sản xuất một cách kinh

tế một sản phẩm mong muốn từ các nguồn nguyên liệu khác nhau qua một số công đoạn xử lí nối tiếp nhau

Thiết kế thiết bị phản ứng không phải là công việc theo một khuôn mẫu có sẳn,

mà thường là có thể gồm nhiều bản thiết kế khác nhau cho một qui trình Thiết kế tối

ưu phản dựa trên tính kinh tế của toàn bộ qui trình chứ không phản chỉ dựa trên một thiết bị phản ứng

Đề thiết kế một thiết bị phản ứng ta phải có kiến thức và số liệu thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau như: nhiệt động lực học, động hoá học, cơ học lưu chất, truyền nhiệt, truyền khối, kinh tế Kỹ thuật phản ứng hoá học là sự tổng hợp các yếu tố thuộc các lĩnh vực trên nhằm mục đích thiết kế đúng đắn một thiết bị phản ứng

Nhưng công việc trước hết của việc thiết kế thiết bị phản ứng đó là xử lý số liệu động học Từ yêu cầu thực tế, từ những điều kiện cho sẵn từ đầu,… ta có thể tính toán

và tìm ra được những chỉ số quan trọng trong thiết bị phản ứng, để có thể dễ dàng điều chỉnh theo yêu cầu thực tế

Để hiểu rõ hơn về việc xử lý số liệu động học, ta hãy cùng nhau tìm hiểu một số bài tập sau

2.1 Cho phản ứng phận huỷ pha khí đồng thể bậc 0: A→2,7R, được thực hiện trong một bình phản ứng có thể tích không đổi với hỗn hợp ban đầu gồm 80% A và 20% khí trơ, ta có kết quả

ở bảng sau:

a) Nếu hỗn hợp ban đầu có áp suất tổng là 10at gồm A nguyên chất không có khí trơ, xác định áp suất tổng sau 1h

b) Nếu ban đầu A có áp suất riêng phần là 1at, khí trơ có áp suất riêng phần ban đầu là 9at Xác định áp suất tổng sau 1h

Giải:

Biểu thức tích phân của phản ứng bậc 0:

CA0 - CA = kt

 PA0 - PA = k’t (k’=const)

Ta

có :

A → 2,7R

t=0 : 0,8 0

Phản ứng : x 2,7x

t=1h : 0,8-x 2,7x (Ptrơ=0,2)

Sau t=1h, áp suất tổng :

Pt = 1,5

Khi t=1h, ta có :

PA0 - PA = k’t

 x = k’

 k’ = 5/17

a) A → 2,7R

Phản ứng: y 2,7y

t=1h: 10-y 2,7y

Sau t=1h :

Áp suất tổng:

Pt = 10 – y + 2,7y

= 10 + 1,7y

Ta có :

PA0 - PA = k’t

 y = k’.1

Vậy: áp suất tổng sau 1h :

Pt = 10 + 1,7y

= 10 + 1,7.5/17

b) A → 2,7R

t=0: 1at 0

Phản ứng: z 2,7z (Ptrơ = 9at)

t=1h: 1-z 2,7z (Ptrơ = 9at)

Sau 1h:

Áp suất tổng:

Pt = 1-z + 2,7z + 9

= 10 + 1,7z

Ta có:

PA0 - PA = k’t

 z = k’.1

Vậy: áp suất tổng sau 1h:

Pt = 10 + 1,7z

= 10 + 1,7.5/17

= 10,5 (at)

2.2 Phản ứng pha lỏng A→R+S xảy ra như sau:

Thời

gian

(phút)

CA (mol/

l)

Với CA0 = 0,1823 mol/l; CR0=0; CS0≈55 mol/l

Tìm phương trình vận tốc cho phản ứng này

Giải

Ta có phương trình vận tốc phản ứng

VA dA k f C ( )

dt



 Giả sử phản ứng bậc 0

dA

k dt





0

0

0 .

A

A

A C

(y = ax)

Theo đề bài, ta lập được bảng số liệu:

0

 Giả sử phản ứng bậc 1

y = 0.0006x

R2 = 0.9486

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0 50 100 150 200

CA0 - CA

dA k C A

dt





A

A

A C

A

dC

k dt C

0

A

C

k t C

(y = ax)

Theo đề bài, ta lập được bảng số liệu:

0

ln A

A

C

C



 Giả sử phản ứng bậc 2 :

dA k C A2

dt





A

A

A C

A

dC

k dt C

0

kt

(y = ax)

Theo đề bài, ta lập được bảng số liệu:

y = 0.0052x

R2 = 0.9901

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 50 100 150 200

ln

Qua 3 lần giả sử, ta thấy với phản ứng bậc 2 cho kết quả chính xác nhất

Vậy: phương trình vận tốc cần tìm có dạng:

dA 0, 0446 CA2

dt





y = 0.0446x

R2 = 0.9988

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1/CA-1/CA0

2.3 Tìm bậc tổng quát của phản ứng không thuận nghịch:

2H2 + 2NO N2 + 2H2O

Từ số liệu thực nghiệm trong một bình phản ứng có thể tích không đổi dung lượng

đẳng mol H2 và NO

Áp suất tổng, mmHg 200 240 280 320 360

t 1/2, s 265 186 115 104 67

Giải

Đặt áp suất ban đầu của H2 = áp suất ban đầu của NO là PA0 ( do nH2 = nNO)

Ta có:

2H2 + 2NO N2 + 2H2O t=0 PA0 PA0 0 0

Phản ứng 0.5PA0 0.5PA0 0.25PA0 0.5PA0

t= ½ (PA0 – 0.5PA0) (PA0 – 0.5PA0) 0.25PA0 0.5PA0

Suy ra:

Pt = (PA0 – 0.5PA0) + (PA0 – 0.5PA0) + 0.25PA0 + 0.5PA0 = 1.75PA0

Ta có :

Lấy logarit 2 vế của phương trình trên ta được:

Ta có:

2.5 D.F.Smith đã nghiên cứu phản ứng phân huỷ pha khí của

clorua sunfurul SO2Cl2 thành khí Clo và SO2 tại 279,2oC:

SO2Cl2→Cl2+SO2

ở điều kiện thể tích của hỗn hợp không đổi, theo dõi áp suất tổng cộng theo thời gian phản ứng được kết quả sau:

Pt

(mmHg)

Xác định phương trình vận tốc? Độ chuyển hoá 100% ở thời điểm vô cực

Giải

Ta có phương trình phản ứng tổng quát

dC

r k C dt



Với bình phản ứng gián đoạn V=const

C A C A0(1 X A)

A A

P P P n C

R T

 Với   n 1, PA0  P0

0 ( 0) 2 0

A

A

C

Suy ra phương trình vận tốc theo áp suất tổng:

.

n

P P dP

k

R T dt R T



Đặt: k' k RT( )1 n



k P P

dt  

 Giả sử phản ứng bậc 0

dP k'

Lấy tính phân ta được: P P  0  k t '

Dựa vào đề bài, ta lập được bảng:

Vẽ đồ thị:

y = 0.7528x + 0.2835

R 2 = 0.9994

0 10 20 30 40 50 60 70 80

P-P0 (mmHg)

Linear (Series1)

 Giả sử phản ứng bậc 1

dP k '(2 P0 P )

0

0

0

'.

2

2

P

dP

k dt

k t P





Dựa vào đề bài, lập được bảng số liệu:

0

0

2

ln P P

P



3

0.252

Vẽ đồ thị

y = 0.0026x - 0.0025

R2 = 0.9998

-0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

ln

Linear (Series1)

 Giả sử phản ứng bậc 2

dP k '(2 P0 P )2

0

'.

' 2

P

dP

k dt

k t





Dựa vào số liệu đề bài, ta vẽ được đồ thị:

y = 9E-06x - 2E-05

R2 = 0.9976

-0.0001 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 0.001

Series1 Linear (Series1)

Qua 3 lần giả sử, ta thấy với phản ứng bậc 1 và bậc 0 cho kết quả chính xác hơn

Vậy: phương trình vận tốc cần tìm có dạng:

Hoặc

0 0

0.026(2 ) 0.075( )

dP

dt dP

P P dt

Cách 2:

SO2Cl2 → Cl2 + SO2

t= 0 PA0 0 0

pư x x x

t PA0 – x x x

 Pt= PA0 + x

 x= Pt – PA0

Giả sử phản ứng có bậc n= 0:

 PA0 – PA = k’.t

 PA0 – PA0 + Pt – PA0 = k’.t

 P t = k’.t + P A0

Phương trình trên có dạng đường thẳng y= ax + b

Vẽ đồ thị Pt – t:

Đồ thị P - t y = 0.751x + 323.41

R 2 = 0.9993

0

100

200

300

400

500

0 50 100 150

t (ph)

P Linear (P)

Từ đồ thị suy ra: k’= 0.751, R2 = 0.9993, PA0 = 323.41 mmHg

Ta thấy độ chính xác R2= 99.93 % > 90% nên suy ra điều giả thiết phản ứng bậc 0 là đúng

Vậy: phương trình vận tốc phản ứng dạng tích phân là: PA0 – PA = 0.751t

2.6 Phản ứng phân huỷ nhiệt oxide nitrous (N2O) trong pha khí ở 1030K trong một bình phản ứng có thể tích không đổi với các áp suất ban đầu khác nhau của N2O Số liệu thời gian bán sinh nhận được như sau:

Xác định phương trình vận tốc phù hợp với số liệu thực nghiệm như trên

Giải:

N2O→N2+1/2O2

(A→B+C)

Ta có:

( 1)

n A

A

n

n

n

dC

k C dt

dP P

k RTdt RT

dP P k

dt RT 







Đặt:

( ) n

k k

RT 



Suy ra:

A

dP

k P dt





Lấy tích phân, ta được:

0

0

1

2

'.(1 ) 2

'.( 1)

n

n A

k n







Từ đó, thiết lập được phương trình theo dạng: y = bx + a

0

0

( 1) (1 )

1/ 2

( 1) 1/ 2

'.( 1)

'.( 1)

n n

A

n A

k n

k n











Theo đề bài, ta có bảng dữ liệu sau:

0

1/ 2

y = -0.7288x + 9.678

R2 = 0.994

0

1

2

3

4

5

6

7

8

lnPA0

Từ đó, suy ra:

b = -0,7288; a = 9,678; r2 = 0,994

Vậy: 1 – n = -0,7288

Ta có:

( 1)

n

k n







( 1)

9,678

5

'.( 1)

' 5, 69.10

n

e

k n

k









( ) n

k k

RT 



( 1)

'.( ) n

k k RT 

5,69.10 (0,082.760.1030)

0,18145







Vậy phương trình vận tốc:

0

2.7 Dung dịch diazobenzen phân hủy theo phản ứng không thuận nghịch sau:

C6H5N2Cl(l) → C6H5Cl(l) + N2(k)

Phản ứng xãy ra theo bậc 1 Trong một thí nghiệm ở 500C nồng độ đầu của C6H5N2Cl

là 10 g/l và lượng N2 được phóng thích như sau:

Thời gian phản ứng,

ph

N 2 được phóng thích

cm 3 ở 50 0 C, 1at

19.3 26.0 32.6 36.0 41.3 43.3 45.0 46.5 48.4 50.3

giá trị hằng số vận tốc phản ứng

Giải:

Phương trình vận tốc cho phản ứng bậc nhất:

Dạng tích phân:

Ở điều kiện đẳng áp:

Trong đó: VA0 = 58.3 cm3, VA = VA0 -

VA

(cm3) 39 32.3 25.7 22.3 17 15 13.3 11.8 9.9 8

0.402 0.590 0.819 0.961 1.232 1.357 1.477 1.597 1.773 1.986

Vẽ đồ thị Từ đồ thị suy ra: k= 0.0673 ph-1, R2= 0.9987

y = 0.0673x

R 2 = 0.9987

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0 10 20 30 40

t (ph)

Series1 Linear (Series1)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

DANH SÁCH NHÓM

Đặng Hoàng Khuyết 0605200

Bùi Thị Minh Xuân 0604319