1. в газовой фазе протекают реакции основная а в r ни побочная
 Скачать 393.04 Kb.
|
1 Ответы на вопросы по курсу ОХТ 1. В газовой фазе протекают реакции основная А + В = R (Ни побочная 2 R → S (Н < 0). Как сместить равновесие и увеличить селективность процесса Ответ Вывести продукт Основная реакция протекает с уменьшением числа молей, следовательно, для смещения равновесия нужно Р, С исх. реаг .; реакция экзотермическая (Н, значит, t; выводим продукты из сферы реакции – смещение равновесия и селективности процесса, так как подавится скорость побочной реакции избыток реагента. Принцип Ле Шателье: Если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, тов системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении. ΔG = ΔH -TΔS ΔG = - RTlnKp - связь свободной энергии Гиббса и константы равновесия. Порядок и знак величины Δ;G позволяют качественно предвидеть положение равновесия реакции. Если Δ;G << 0, равновесие сдвинуто вправо, выход продукта велик, Кр имеет большое числовое значение. Если Δ;G>> 0, то равновесие сдвинуто влево, выход продукта мал, Кр <<1. - RTlnKp = Δ-H - TΔS lnKp = ΔS/R - ΔH/RT продифференцируем уравнение, получим уравнение изобары Вант- Гоффа: dlnKp/dT = ΔH/T2 2 2. Реакция получения синтез-газа ( СОН СН 4 + НО = СОН Н >0 ) сопровождается побочной реакцией НС+ Н, энергия активации которой значительно больше, чем основной реакции. Чем будет определяться выбор температуры процесса Ответ температурным интервалом работы катализатора Рассмотрим основную реакцию сточки зрения термодинамики. Поскольку реакция является эндотермической (Н, обратимый. Гет- каталитический. то для смещения равновесия в сторону образования целевого продукта необходимо увеличивать температуру, уменьшать давление. Катализатор никель, интервал работы катализатора Оптимальная температура 800 С, т.к. большие Т требуют больших затрат элекроэнергии, и высоких требований к аппаратуре. Катализатор увеличивает селективность процесса. Сточки зрения кинетики скорость основной реакции также будет возрастать с увеличением температуры. Следовательно, для основной реакции противоречия между кинетикой и термодинамикой не возникает. Ограничения по увеличению температуры будет накладывать побочная реакция. Поскольку её энергия активации велика, по сравнению с основной реакцией, то вначале при повышении температуры до некоторого значения побочная реакция протекать не будет, а затем повышение температуры в большей степени будет влиять на увеличение скорости побочной реакции, а неосновной, что приведет к уменьшению выхода целевого продукта. Энергия активации показывает степень влияния Т на скорость рекции. 3 3. В реакционной системе в газовой фазе протекают две реакции А + В = R + S ( Н < 0 ) – основная и 2 А D – побочная . Наблюдаемая энергия активации основной реакции меньше, чем наблюдаемая энергия активации побочной. Как увеличить селективность процесса при сохранении производительности Ответ ввести кат основной реакции Будем считать, что основная реакция – обратимая, побочная нет.Основная задача подавление побочной р-ции, смещение равновесия основной р-ции в сторону образования продукта. Поскольку основная реакция экзотермична, то снижение температуры приведет к смещению равновесия в сторону образования целевого продукта, но при этом произойдет уменьшение скоростей реакций, интенсивности процесса, что повлечет за собой снижение производительности (кол-во продукта вед. времени. Если Е а1 <Е а2 , то более быстрое уменьшение скорости побочной по сравнению с уменьшением скорости основной р-ции. Изменение давления никак не влиляет на смещение равновесия нашей основной реакции,но влияет на вторую, надо уменьшить, для ее прекращения.Введение избытка исходного в-ва В сместит равновесие вправо. Введение избытка А приведет помимо этого к увеличению выхода продукта побочной р-ции. То. для увеличения селективности процесса при сохранении производительности необходимо ввести катализатор основной реакции, что приведет к изменению энергии активации осн. р-ции. Энергия активации показывает степень влияния Т на скорость рекции. 4 4. С какой целью в процессе пиролиза нефтепродуктов проводят резкое снижение температуры газов на выходе из реактора ( закалку )? Обосновать ответ. В каких ещё случаях применяется данный прим Ответ увеличение выхода целевых продуктов Пиролиз – высокотемпературный крекинг. Подвергают фракции прямой перегонки нефти, состоящие из алканов, цикланов и аренов, природные и попутные нефтяные газы, содержащие алканы с целью получения низкомолекулярных алкенов и алканов. Температуры пиролиза 700-850 С. Наиболее значительную часть химических превращений составляет термический распад углеводородов. Одновременно также идут реакции полимеризации, конденсации, гидрирования, алкилирования. Продуктами пиролиза являются газообразные, жидкие и твердые вещества. Газ пиролиза содержит алкены, алканы, бутадиен и водород. Жидкие продукты – смола пиролиза, главным образом арены и алкены. Твердый продукт – кокс – продукт глубокой дегидроконденсации аренов, а также углерод. Высокие температуры процесса необходимы для увеличения выхода газа и кокса и снижения количества жидких продуктов. Для сохранения целевых продуктов пиролиза от дальнейших превращений проводят закалку резкое охлаждение) продуктов до С, для подавления последовательных побочных реакций. С повышением температуры увеличивается роль реакций распада, по сравнению с реакциями конденсации. Использование закалки с целью ув.степени использования сырья(проведение процесса вдали от состояния равновесия) с целью регулирования соотношения продуктов 5 5. В гетерогенной системе Газ – Твердое протекает необратимая реакция А(г) + Вт) г) + т. Константа скорости химической реакции меньше коэффициентов внешней и внутренней диффузии. Что можно предпринять для ускорения процесса Какие способы определения лимитирующей стадии гетерогенного процесса Вызнаете Ответ повышение Т Поскольку константа скорости меньше коэффициентов внешней и внутренней диффузии, лимитирующей стадией процесса является химическая реакция. Следовательно, для ускорения процесса следует применять приемы ускорения химической реакции, а именно Т, ↑С реаг Для выявления лим. стадии исследуют влияние на процесс температуры, линейной скорости потока и величины зерна твердой фазы (при прочих постоянных условиях. Признаки лимитирующей стадии максимальное сопротивления минимальный коэф-т интенсивности) константа скорости гетерогенного процесса приближенно равна коэф-ту интенсивности. Происходит максимально возможное падение концентрации газообразного реагента от С до 0 для необратимых реакций и от С до С для обратимых Скорость процесса м.б. рассчитана по скорости лимитирующей стадии ΔG = ΔH -TΔS ΔG = - RTlnKp - связь свободной энергии Гиббса и константы равновесия. Порядок и знак величины Δ;G позволяют качественно предвидеть положение равновесия реакции. Если Δ;G << 0, равновесие сдвинуто вправо, выход продукта велик, Кр имеет большое числовое значение. Если Δ;G>> 0, то равновесие сдвинуто влево, выход продукта мал, Кр <<1. - RTlnKp = Δ-H - TΔS lnKp = ΔS/R - ΔH/RT продифференцируем уравнение, получим уравнение изобары Вант- Гоффа: dlnKp/dT = ΔH/T2 6 6. Каталитическое дегидрирование бутенов до бутадиена С 4 Н 8 = С 4 Н 6 + Н ( Н >0 ) проводят при температуре : 620 – 640 Си пониженном давлении реагентов и продуктов. Процесс осложнен образованием кокса. Какой прием используют для понижения давления в этом процессе Обосновать ответ и дополнительные преимущества использования данного прима. Ответ Для понижения давления используют введение инертного разбавителя (водяного пара. Дополнительное преимущество данного метода состоит в том, что присутствие водяного пара исключает возможность зашлаковывания аппарата вследствие протекания реакции С+Н 2 О → СОН Кроме того, из-за пониженного давления уменьшается доля дальнейших реакций полимеризации. Водяной пар относительно дешев и легко отделяется конденсацией от продуктов пиролиза. Введение инерта= понижению давления в системе Чем больше степень изменения количества молей, тем в большей степени система реагирует на изменение давления. Р эффективное = Р общее- С Р = Nj P – закон Дальтона. Эффект разбавления (Nj ↓ ) подобен снижению давления в системе. 7 7. В гетерогенной системе Газ – Твердое протекает необратимая реакция А(г) + Вт г) + т. Коэффициент внешней диффузии меньше константы скорости химической реакции и эффективного коэффициента внутренней диффузии. Что можно предпринять для наиболее эффективного ускорения процесса Перечислите способы определения лимитирующей стадии гетерогенного процесса Ответ увеличение интенсивности перемешивания Коэффициент внешней диффузии меньше константы скорости химической реакции и эффективного коэффициента внешней диффузии β ), β-коэфф-т массопередачи, β=D/δ, коэффициент молекулярной диффузии. Для ускорения процесса нужно увеличить концентрацию реагентов увеличить температуру(но это невыгодно,т.к. D слабо зависит от температ.); 3) ↑ давление газовой фазы 4) ↑ линейную скорость потока и турбулентность (проведение процесса в ПС- псевдоожиженном слое) На внешнюю дифф-ю влияет скорость потока чем >скор-ть потока, тем>скор-ть процесса. Для выявления лим. стадии исследуют влияние на процесс температуры, линейной скорости потока и величины зерна твердой фазы при прочих постоянных условиях. Признаки лимитирующей стадии максимальное сопротивления (минимальный коэф-т интенсивности) константа скорости гетерогенного процесса приближенно равна коэф-ту интенсивности. Происходит максимально возможное падение концентрации газообразного реагента от С до 0 для необратимых реакций и от С до С для обратимых Скорость процесса м.б. рассчитана по скорости лимитирующей стадии 8. Какое соотношение исходных веществ необходимо для эффективного осуществления процесса конверсии СО водяным паром СО + НО СОН Ответ обоснуйте. Из каких соображений выбирается соотношение исходных реагентов Ответ Для эффективного осуществления процесса его ведут с избытком Н 2 О пар . НО СО. Избыток Н 2 О пар применяется для 1) Смещения равновесия процесса производства азотоводородной смеси ( в том числе реакции конверсии СО водяным паром) 2) Для подавления побочных реакций 2CO C + CO 2 и СН 4 C + Н побочная реакция паровой конверсии метана. 3) Для увеличения срока службы катализаторов (препятствует зауглероживанию). Количество избытка определяется исходя из экономических соображений. 9. Почему реакции горения различных органических веществ вне зависимости от величины теплового эффекта (степени экзотермичности) являются необратимыми Обосновать ответ. Ответ с возрастанием энтропии Возможность протекания реакции позволяет оценить величина свободной энергии Гиббса т. Если т, то равновесие смещено в сторону обратной реакции, если ∆G 0 т=0,то система находится в равновесии, а если т, то смещено в сторону прямой реакции. т =-RTlnKp ∆G 0 т=∆H 0 т-T∆S 0 В соответствии с последним выражением, для протекания реакции в прямом направлении благоприятно большие отриц.величины ∆H 0 и положит. ∆S 0 . А процессы горения всегда экзотермичны, те. ∆H 0 >0, и главное всегда протекают с увеличением энтропии, те. Поэтому т. 10. Что является главной причиной большой кратности рециркуляции исходных веществ в синтезе аммиака Обосновать ответ. Ответ Главная причина большой кратности рециркуляции является малое время пребывания, для предотвращения переразложения N 2 и Н. (синтез NH 3 ). 3 2 2 2 3 2 1 NH H N ,( 0 H ). В процесс синтеза NH 3 – обратимый, несмещенный. Для смещения равновесия уменьшают Т и увеличивают Р. Но даже при таких условиях, т.к. процесс несмещенный, то конверсия NH 3 составляет 20%. Отсюда, раз не можем сместить равновесие, снижаем преб ( для предотвращения обратной реакции, что ведет к малой конверсии => многократной рециркуляции 9 11. Скорость гетерогенного каталитического процесса лимитирует стадия адсорбции исходных веществ на поверхности катализатора. Какое изменение в условиях процесса приведет к наибольшему повышению интенсивности процесса Обосновать ответ. Ответ повышение концентрации Лим.стадия хемосорбция-хим.взаимодействие реагента с поверхностью кат. Скорость определяется как К концентрация на поверхности катализатора Кинетическая область. Cs = Cv = Cf Для интенсификации следует - повысить концентрацию газообразного реагента С - увеличить константу скорости k. Она зависит от температуры, в соответствии с уравнением Аррениуса с ростом температуры увеличивается по экспоненте. Желательно вести процесс в кинетической области.для перехода в кин. Область умТ,Р, ув.лин.ск., размер гранул, активность кат 10 12. Получение этанола методом прямой гидратации этилена С 2 Н 4 + НОС НОН ( ∆ Н < 0 ). Какое соотношение исходных веществ используют в промышленном процессе и почему Обсудить возникающие при этом противоречия и ограничения. Ответ избыток этилена Основная реакция С 2 Н 4 +НОС НОН Побочные С 2 Н 4 +НО (СНОС 2Н5ОНСН3СОН nС 2 Н 4 =( С 2 Н 4 ) n Условия: t=280-290, kat: - Н3РО4; Н 2 О:С 2 Н 4 =0,6:1 Выбор соотношения исх. В-в: Процесс ведут при недостатке водяного пара, изб- С 2 Н 4 Процесс при : t=280-290 с ŋ=10%-несмещённый процесс, сл-но, получ. Сильноразбавленный спирт(ок 15%). Если увелич. НО , то более разб. спирт будет и ухудшатся условия выделения в качестве товарного продукта. Давление связано с соотношением Н 2 О:С 2 Н 4. Р общ =Р С 2 Н 4 +Р Н 2 О(надН 3 РО 4 ) + Р инертов Р Н 2 О паров =2,8 мПа, РС 2 Н 4 =4,7 мПа, С инертами в цикле ок. 6% , сл-но, Робщ= 8 мПа. Если >8мПа конденсация водяного пара, разбавление Н3РО4 на носителе и падение активности kat. Процесс несмещённый, сл-но, рециркуляция. Надо проводить с большими объёмными скоростями для увеличения интенсивности процесса. 11 13. Как повлияет наличие инертных примесей в сырье для обратимых процессов при реализации принципа наилучшего использования сырья, если процесс протекает с уменьшением числа молей в системе ум процесс протекает с увеличением числа молей в системе ув Ответ Если процесс идет с уменьшением числа молей, то разбавление инертным компонентом смещает равновесие в сторону реагентов. Если процесс идет с увеличением числа молей, то разбавление инертным компонентом смещает равновесие в сторону продуктов. Применяется ↓ Р в системе (парциальное давление в компонентов смеси) по принципу Ле-Шателье) для смещения равновесия вправо, при ↓ Р уменьшается скорость химической реакции(по стехиометрии) r P n-1 Чем больше степень изменения количества молей, тем в большей степени система реагирует на изменение давления. Р эффективное = Р общее- С Р = Nj P – закон Дальтона. Эффект разбавления (Nj ↓ ) подобен снижению давления в системе. Инертный компонент дешевый, легко отделяется, подавляет побочные реакции, препятствует отложению углерода в органических системах. Для экзотермической реакции является теплоносителем для поддержания температуры. Наиболее часто применяемый инертный агент – вод. пар. 14. Счем связаны ограничения в выборе объёмной скорости в производстве этанола методом прямой гидратации Обосновать ответ. Какими соображениями определяется выбор объёмной скорости в циркуляционных процессах. С Н + НОС НОН, Н Ответ автотермичность Процесс сложный, обратимый, экзотермический. При температуре максимальной активности катализатора выход составляет x ≈10%, что обуславливает большой размер рецикла. В случаях, когда размер рецикла велик, процесс целесообразно проводить с большими объемными скоростями (дабы уменьшить размеры аппаратуры. Однако в случае гидратации этилена объемная скорость газообразных веществ относительно невелика (порядка 1500 м 3 /ч). это обусловлено тем, что при больших скоростях велик унос фосфорной кислоты которая является катализатором, что вызывает коррозию и понижает срок службы оборудования. Кроме того, при высоких объемных скоростях сложно организовать автотермический процесс.и нал.поб.р-ций Объёмную скорость процесса выбирают так, чтобы обеспечить высокую интенсивность и производительность процесса, но уменьшение степени превращения. В тоже время не следует выбирать слишком большие скорости, т. кв этом случае возможен проскок реагента 12 15. Счем связана необходимость рециркуляции продуктов реакции в ХТС? Какие потоки ещё циркулируют в ХТС и для каких целей Ответ В ХТС могут рециркулировать исходные, промежуточные и продукты. 1) рецикл исходных веществ связан с неполнотой их превращения. Причинами могут быть Термодинамические ограничения Малая скорость процесса Ограниченное время контактирования Избыток одного из реагентов 2) рецикл продуктов нужен для снижения интенсивности процесса увеличения скорости автокаталитических процессов для регенирирования физ. Св-в (напр, температуры) 3) рецикл промеж. В-в катализатор растворители водооборот 13 16. Зачем нужен избыток кислорода в процессе обжига колчедана Обосновать способы интенсификации гетерогенных процессов в системах газ твердое в зависимости от природы лимитирующей стадии. Ответ увеличение скорости процесса Избыток кислорода нужен для интенсификации процесса, он протекает во внутренней диффузионной области, лимитирующей стадией является диффузия кислорода из объема потока к поверхности твердой частицы FeS2 через слой образовавшегося оксида. Избыток кислорода увеличивает движущую силу процесса (равновесие смещается вправо. Снижает внутридифуз. торможение 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 1) лимитирующая стадия внешняя. диффузия (из объема к поверхности частицы) r = в(сv-cf) , С концентрация реагента в потоке для интенсификации процесса - повышать Cv - увеличить коэффициент массоотдачи b; - увеличить линейную скорость потока, обтекающего твердую частицу пленку срывает) - турбулизация потока (аппараты с кипящим слоем ТМ) - увеличить поверхность контакта 2) процесс лимитирует внутренняя диффузия (через слой золы к поверхности ядра) r = b”(cf-cs) , С концентрация реагента на поверхности частицы - Увеличить CF нужно уменьшить толщину слоя твердых продуктов реакции (R r) измельчить частицы 2) процесс лимитируется химической реакцией. r = k Cs , k константа скорости реакции, С концентрация газообразного реагента на поверхности ядра Cs = Cv = Cf Для интенсификации следует - повысить концентрацию газообразного реагента С - увеличить константу скорости k. Она зависит от температуры, в соответствии с уравнением Аррениуса с ростом температуры увеличивается по экспоненте. 14 17. Как повлияет повышение температуры процесса на равновесный выход продуктов реакции и S при условиях 1) и 2)? aA + bB =; rR + sS 1) ΔH < 0, ΔS > 0 2) ΔH > 0, ΔS > 0 Ответ ув в. ум.в 1 ΔG = ΔH -TΔS ΔG = - RTlnKp - связь свободной энергии Гиббса и константы равновесия. Порядок и знак величины Δ;G позволяют качественно предвидеть положение равновесия реакции. Если Δ;G << 0, равновесие сдвинуто вправо, выход продукта велик, Кр имеет большое числовое значение. Если Δ;G>> 0, то равновесие сдвинуто влево, выход продукта мал, Кр <<1. - RTlnKp = Δ-H - TΔS lnKp = ΔS/R - ΔH/RT продифференцируем уравнение, получим уравнение изобары Вант- Гоффа: dlnKp/dT = ΔH/T2 1) экзотермическая реакция, Кр большая положительная величина, реакция термодинамически разрешена при любых температурах. Так как Δ;H < 0, то dlnKp/dT < 0 и константа равновесия уменьшается с увеличением температуры X* - равновесный выход продуктов реакции Тоже самое согласно принципу Ле Шателье повышение температуры смещает равновесие в сторону уменьшения воздействия, то есть в сторону обратной эндотермической реакции, константа уменьшается, выход тоже. 2) эндотермическая реакция, протекает с увеличением энтропии, термодинамически разрешена только в области высоких температур. ΔH > 0 , dlnKp/dT > 0, с повышением температуры константа равновесия увеличивается, равновесие смещается в сторону прямой реакции, выход продуктов увеличивается. Влияние энтропийного фактора при изменении температуры процесса равновесие смещается в направлении, для которого изменение энтропии имеет тот же знак, что и изменение температуры. в обоих случаях ΔS > 0, с повышением температуры энтропийный фактор смещает равновесие вправо, увеличивая выход продуктов. Равновесный выход-это отношение кол-ва полученного продукта в момент равновесия к кол-ву продукта. Полученного по стех.уравнению. 15 18. Энергия активации реакции окисления 2 NO + O 2 ↔ 2NO 2 (∆H d dN V r 1 . Скорость данной реакции описывается выражением 2 С термодинамической точки зрения в случае обратимой экзотермической реакции повышение температуры будет смещать равновесие в сторону исходных веществ. С увеличением температуры скорость прямой реакции будет уменьшаться. Зависимость константы скорости k от температуры описывается уравнением Аррениуса. RT Ea e A k . Величина энергии активации показывает степень влияния температуры на скорость химической реакции. Чем больше величина энергии активации Еа, тем большее влияние на скорость оказывает температура. Для большинства реакций энергия активации положительна и константы скорости таких реакций возрастают по экспоненте с увеличением температуры. Данная реакция относится к числу немногих реакций с отрицательной Еа. То. с кинетической точки зрения скорость реакции уменьшается с увеличением температуры. Влияние температуры с кинетической и термодинамической точек зрения одинаково. Требуется невысокая температура. Данная реакция является самой медленной стадией в производстве азотной кислоты и проводится при t=10 – 50 ºC. Параметры, влияющие на скорость гомогенной реакции. Скорость зависит от константы скорости (изменяется при изменении температуры в соответствии с уравнением Аррениуса) и от движущей силы процесса (степенью удаленности от состояния равновесия. В случае необратимых реакций движущая сила определяется только степенью превращения, те. концентрацией реагирующих веществ. В случае обратимых реакций движущая сила реакции может меняться при изменении состояния равновесия. Помимо кинетического фактора в этом случае на скорость реакции влияют факторы, смещающие равновесие. Экзотерм-с увТ,Кс ум,Кув-лот Эндотерм-К и Кс ув Необр.-ув.ск.с ув.Т 16 19. Какой зависимостью описывается изменение скорости процесса с ростом температуры для обратимой экзотермической реакции А↔В (Н Каким способом реализуют в промышленности подобного типа процессы Ответ Кривая с максимумом Для данной реакции влияние температуры ст. зр. кинетики и термодинамики различно. Кинетика. В соотв. сур. Аррениуса с Т ↑ r. Термодинамика. Т.к. реакция – экзотермическая, ↑ Т приводит к смещению равновесия в сторону исходных в-в. степень превращ. комп. А, равновесная степень превр., 0< A <1, A Ao B A Ao A C C C C , 1 ) 1 ( * 2 1 2 1 2 СТ, но равновесие смещается в сторону исх. в-в., те. ↓ A *. При невысоких температурах рост температуры значительно влияет на константу скорости и ↑ k сказывается сильнее, чем уменьшение движущей силы, с ↑ Т r↑. При достаточно высоких темп. – наоборот. Очевидно, что зависимость скорости реакции от темп. описывается кривой с максимумом и существует оптимальная температура, при которой скор. процесса максимальна при определенной степени превращения A . При этом увеличение степени превр. приводит к уменьшению максимальной скорости (т. к. уменьшается макс. движущая сила ) и кривая зависимости r от Т смещается в сторону более низких температур. Линия, соединяющая максимумы на кривых зависимости r от Т при различных степенях превращения – линия оптимальных температур ЛОТ. В промышленности обратимые экзотермические процессы ведутся по ЛОТ, что позволяет добиться максимальной скорости процесса в каждый момент времени. Для этого процесс ведут с уменьшением температуры при увеличении времени контактирования. В действительности вести процесс точно по ЛОТ невозможно. Процесс ведут по кривой, максимально приближенной к ЛОТ, поочередно пропуская реакционную смесь через зоны реакционного объема, где происходит некоторый саморазогрев смеси и увеличение конверсии, и охлаждая реакционную смесь (конверсия при этом не меняется, например, путем ввода реагентов с байпасной линии. Примеры обратимых экзотермических процессов в промышленности, проводимых по ЛОТ – синтез аммиака из азота и водорода, окисление диоксида серы до триоксида серы при получении серной кислоты. 17 20. Производство стирола каталитическим дегидрированием этилбензола C 6 H 5 CH 2 -СН 3 ↔C 6 H 5 CH=СН 2 + Н ( ∆ Н >0 ) осложнено побочными реакциями гидрогенолиза : C 6 H 5 CH 2 CH 3 + Н C 6 H 6 + C 2 H 6 С 6 Н 5 СН 2 СН 3 + НС bb6bbНbb5bbСНbb3bb + СН 4 и т.п. Процесс проводят при температуре Си пониженном давлении. Из каких соображений применяют пониженное давление Обосновать ответ. Ответ для смешения Ле Шателье: Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, тов системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении. Введение инертного компонента, проведение процесса под вакуумом. В качестве инерта используется водяной пар (дешевый, подавляет побочные реакции, легко отделяется. Реакция эндотермическая, протекает с увеличением числа молей, следовательно, надо уменьшить давление. Эндотермическая реакция является теплоносителем, для поддержания температуры применяется отдувка инертных примесей (С остается постоянной. 18 21. Как повлияет повышение температуры процесса на равновесный выход продуктов реакции в первом и втором случае аА + вВ ↔ rR + sS 1) Н <0, S < ум 2) Н > 0, S < 0?ув Обосновать ответ. Ответ Ле Шателье: Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, тов системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении. Равновесный выход – отношение количества продукта, полученного в состоянии равновесия в условиях процесса, к стехиометрическому количеству этого продукта. Это функция от Т, Р, С реагента. =N R * /N R стех 1) Реакция экзотермическая, поэтому при увеличении температуры уменьшиться равновесный выход продуктов реакции. 2) Реакция эндотермическая, поэтому при увеличении температуры увеличиться равновесный выход продуктов реакции. G=H-TS G=-RTlnkP 19 22. Для чего используют катализатор в просессе конверсии метана водяным паром СН 4 + НО ↔ СОН (Н) , сопровождающейся разложением метана на углерод и водород Обосновать ответ. Ответ повышение селективности и умТ процесса Получение водорода конверсией метана водяным паром описывается уравнениями СН 4 + НО ↔ СОН сложная, обратимая, эндотермическая, протекающая с увеличением числа молей. надо сместить равновесие, увеличить скорость реакции, подавить побочные реакции. Данная реакция характеризуется высокой энергией активации. Для ускорения реакции требуется температура С, а в этих условиях происходит разложение метана, так как энергия активации реакции разложения метана больше энергии активации прямой реакции. Для понижения энергии активации вводим катализатор, с введением катализатора появляется возможность ввести процесс при более низкой температуре. В данном процессе применяется никелевый катализатор катализирует окисление) на носителе из оксида алюминия в альфа форме (высокопористый),интервал рабочих температур катализатора С. Р=3атм. Избыток водяного пара.Смешает равновесие и уменьшает образование Сна кат.Отношение=2…2,5 23. Как изменится равновесный выход продукта с увеличением концентрации инертных примесей в исходной смеси для реакции аА + вВ ↔ rR + sS в случае : 1) a + b > r + ум 2) a + b < r + s?-ув Обосновать ответ. Ответ Введение инертного компонента равноценно понижению давления в системе. В первом случае реакция идет с уменьшением числа молей, поэтому снижение давления в системе, согласно принципу Ле Шателье, вызовет смещение равновесия препятствуя этому изменению, то есть равновесие сместится в сторону исходных веществ. Случай два обратный первому случаю, следовательно, равновесие во втором варианте сместится в сторону конечных продуктов. Чем больше степень изменения количества молей, тем в большей степени система реагирует на изменение давления. Р эффективное = Р общее- С Р = Nj P – закон Дальтона. Эффект разбавления (Nj ↓ ) подобен снижению давления в системе. 20 24. Получение ацетальдегида на палладиевом катализаторе C 2 H 4 + 0,5O 2 → CH 3 CHO (Δ H < 0) сопровождается последовательными побочными реакциями. Что делают для их подавления Обосновать ответ. Какие еще приемы используют для подавления побочных реакций Ответ Вывести продукт Скорость отдельных реакций и, соответственно, скорость образования побочных продуктов зависит от условий проведения процесса. На скорость суммарной реакции, селективность процесса и выход ацетальдегида существенно влияет состав катализаторного раствора (содержание PdCl 2 , CuCl 2 и FeCl 2 ), кислотность среды, давление, температура, соотношение этилена и окисляющего агента. Превращение этилена в ацетальдегид при 20 С протекает с низкой скоростью. Реакция проходит сравнительно интенсивно при 100-130 С. Для поддержания реакционной массы в жидком состоянии при такой температуре требуется повышенное давление (0,3-1,1 МПа. Основная реакция протекает с уменьшением числа молей, следовательно, для смещения равновесия нужно Р, С исх. реаг .; реакция экзотермическая (Н, значит, t; выводим продукты из сферы реакции – смещение равновесия и селективности процесса, так как подавится скорость побочной реакции избыток реагента. Принцип Ле Шателье: Если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, тов системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении. уравнение изобары Вант-Гоффа: dlnKp/dT = ΔH/T2 21 25. При протекании параллельных реакций в газовой фазе А→В (основная) и А→R(побочная) энергия активации основной реакции больше, чем побочной ЕЕ, а порядок реакции по компоненту А n1< n2. Каким образом повысить селективность процесса?Обосновать ответ. Ответ увеличить температуру Селектвность – отношение количества исходного реагента, превратившегося в целевой продукт, к общему количеству прореагировавшего реагента. Если h 1 >h 2 , при повышении С А селективность будет расти Если h 1 |