Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Особливості реальних хімічних реакцій і виробничих процесів
У багатьох випадках рівняння хімічних реакцій лише принципово виражають перебіг процесів. Вони не перебігають до кінця, і для розрахунків за допомогою рівнянь необхідно введення додаткових кількісних характеристик. Причинами неповного перебігу можуть бути: - встановлення в системі хімічної рівноваги; - перебіг побічних процесів за участю одного з реагентів; - припинення процесів до досягнення повного перетворення, наприклад, внаслідок повільного перебігу на кінцевої дільниці. Для характеристики перебігу хімічних реакцій при їх неповному перебігу на практиці використовують наступні показники: - ступінь перетворення (конверсія) вхідних речовин; - вихід продукту. Ступінь перетворення (конверсії) є безрозмірною величиною, що характеризує частку вхідних речовин, що увійшли у реакцію. Якщо співвідношення кількостей реагентів відрізняється від стехіометричного, ступінь перетворення розраховується по речовині, кількість якої є найменшою за стехіометрією. Ступінь перетворення розраховують по формулі:
, (2.1)
де М0 – початкова кількість реагенту, по якому розраховують ступінь перетворення; М – поточна кількість реагенту у масі під час відбору проби. Приклад 4.1. В реакцію:
CH3OH + C2H5COOH = C2H5COOCH3 + H2O (2.2)
уведено: - метанолу (CH3OH, М = 32 г/моль) – 5 г; - пропіонової кислоти (C2H5COOH, М = 74 г/моль) – 6 г. Після проведення реакції залишилось 2,66 г метанолу і 0,6 г пропіонової кислоти. Визначити, за якою речовиною слід розраховувати ступінь конверсії ї розрахувати її. Розв’язання: а) розрахуємо кількість молів реагентів, що уведені до реакції: - метанол: моль; - пропіонова кислота: моль; б) співвідношення реагентів, що вступають до реакції у відповідності до рівняння (1.42) складає 1:1. У реакцію введено співвідношення 0,156:0,081 = 1,98:1, що відрізняється від стехіометричного. Метанол знаходиться у надлишку, тому ступінь конверсії слід розраховувати по пропіонової кислоті, якої не вистачає до стехіометричної кількості; в) ступінь перетворення (конверсії) у відповідності з формулою (2.1), складає:
Вихід є безрозмірною величиною, що характеризує частку продуктів реакції, що створилися у порівнянні з тим, що випливає з рівняння хімічної реакції. Він розраховується по формулі:
, (2.3)
где М – кількість продукту, що одержано у процесі на практиці (г, кг, моль); Мтеор. – теоретична кількість продукту, що може бути отримана, виходячи з рівняння реакції. Величина Мтеор. може бути розрахована двома способами: ü в розрахунку на повну кількість вхідних речовин, що уводяться в реакцію; ü в розрахунку на кількість вхідних речовин з врахуванням конверсії. В останньому випадку вказують, що вихід розрахований у розрахунку на речовини, що прореагували. Приклад 4.2. Взаємодія хлору з бензолом перебігає у відповідності з рівняннями:
С6Н6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl, (2.4)
С6Н6 + 2 Cl2 = C6H5Cl2 + 2HCl. (2.5)
У реакцію уведено суміш з мольним співвідношенням бензол (С6Н6): хлор = 1: 1. Після повного витрачення хлору одержана суміш речовин, що містить: - бензол: 10 % мольн.; - хлорбензол (C6H5Cl): 80 % мольн. - діхлорбензоли (C6H5Cl2): 10 % мольн. Визначити ступінь конверсії бензолу і вихід по хлорбензолу і діхлорбензолам. Втратами речовин у процесі взаємодії зневажити. Розв’язання: а) розрахуємо склад суміші продуктів. Якщо обрати 1 моль суміші, то вона буде містити, у відповідності зі складом,: - бензолу: 0,1 моль; - хлорбензолу: 0,8 моль; - діхлорбензолів: 0,1 моль. б) оскільки усі ці продукти отримані з бензолу, то кількість бензолу, що уведена у реакцію, буде дорівнювати сумарній кількості молів продуктів, що призведені з бензолу, тобто, 1 моль. Звідси, за визначенням, конверсія бензолу складає:
в) обчислимо виходи у розрахунку на повну кількість бензолу. У цьому випадку теоретична кількість хлорбензолу і діхлорбензолів, у відповідності до рівнянь (1.44) і (1.45) складе 1 моль з 1 моль бензолу. Звідси виходи складуть: - по хлорбензолу: 0,8/1 = 0,8 = 80 %; - по діхлорбензолам: 0,1/1 = 0,1 = 10 %; г) обчислимо виходи у розрахунку на бензол, що увійшов у реакцію. Конверсія бензолу 90%, тобто, кількість бензолу, що увійшла у реакції, складає 0,9 моль. Звідси виходи: - по хлорбензолу: 0,8/0,9 = 0,889 = 88,9%; - по діхлорбензолам: 0,1/0,1 = 0,111 = 11,1 % Якщо в хімічної реакції не відбувається змін об’єму – за основу для розрахунків конверсії можна обирати концентрації вхідних речовин (в кг/м3 або кмоль/м3). Якщо в реакції не відбувається виділення газоподібних продуктів, вихід можна розраховувати по масової концентрації в %. Виділення газоподібних продуктів у цьому випадку зменшує загальну масу і дає завищені результати.
На практиці для фіксації мас реагентів, складу кінцевої маси і розрахунків виходів і конверсії складається таблиця завантажень. Така таблиця складається для кожного лабораторного експерименту і фіксується в лабораторному журналі. У виробництві такі таблиці входять до складу операційних листків, де фіксуються всі особливості проведення технологічного процесу (його ведуть апаратники) і у операційному журналі, який веде майстер або технолог цеху. Структура таблиці завантажень наведена у табл. 4.1
Таблиця 2.1 – Структура таблиці завантажень
Зміст граф: а) в графу 1 поміщають: - назву кожного продукту, що завантажується (технічного продукту), - назви кожного з компонентів (у тому числі – домішок), що входять до його складу б) в графу 2 поміщають молярні маси (г/моль) кожного з компонентів кожного з продуктів, що завантажується (крім домішок); в) в графу 3 поміщають масові долі кожного з компонентів у складі кожного технічного продукту; г) в графу 4 поміщають масу кожного технічного продукту д) в графу 5 поміщають масу кожного компонента кожного технічного продукту(100 % речовини, що реагує); е) в графу 6 поміщають кількість молів кожного компонента кожного технічного продукту (крім домішок); д) в графу 7 поміщають густину кожного рідкого технічного продукту (її визначають експериментально, або розраховують, спираючись на довідникові дані); е) в графу 8 поміщають об’єм кожного рідкого технічного продукту. На базі такої таблиці становляться прозорими кількості усіх компонентів та співвідношення між ними і легко розраховуються вихід і конверсія, виходячи з експериментальних даних по результатам операцій. Приклад 2.3 В реактор синтезу 2-нітроанізолу було завантажено: - метанолу (вміст основної речовини: 99%, води: 1 %) - 2000 кг; - їдкого натру (NaOH) – 480 кг 53 % водного розчину; - 2-нітрохлорбензолу (2-НХБ, С6H4ClNO2, М = 157,5 г/моль, вміст основної речовини 99%, домішок 1 %) – 630 кг. При нагріві перебігає реакція:
C6H4ClNO2 + NaOH + CH3OH = C6H4(NO2)(OCH3) + NaCl + H2O. (2.6)
Після завершення процесу вміст 2-нітроанізолу (C6H4(NO2)(OCH3), М = 153 г/моль) у кінцевої масі склав 17,8 %. Скласти таблицю завантажень і визначити вихід з 2-нітроанізолу. Розв’язання: а) оскільки серед продуктів реакції немає газоподібних речовин, то маса продуктів, що одержані наприкінці процесу, дорівнює початковій масі:
М0 = 2000+480+630 = 3110 кг;
б) розраховуємо масу 100%-го 2-нітрохлорбензолу, оскільки він самий буде реагувати:
M2-НХБ = 630×0,99 = 623,7 кг;
в) розраховуємо масу 100%-го NaOH: M=480×53/100 = 254,4 кг; по залишку – розраховуємо кількість води г) розраховуємо кількість молів і об’єми кожної з рідких речовин Результати розрахунків вносимо у таблицю завантажень (табл. 1.6). З неї випливає, що найменша кількість у порівнянні зі стехіометрією спостерігається у 2-НХБ;
д) розраховуємо кількість 2-нітроанізолу в масі в кг і молях:
вихід 2-нітроанізолу по 2-НХБ:
Таблиця 2.2– Таблиця завантажень на операцію синтезу
|
||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; просмотров: 115; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.190.159.10 (0.015 с.) |