Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

BILANS STECHIOMETRYCZNY REAKCJI ELEMENTARNYCH W celu sporządzenia bilansu napiszmy równanie stechiometryczne przyjmując, że współczynniki stechiometryczne.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "BILANS STECHIOMETRYCZNY REAKCJI ELEMENTARNYCH W celu sporządzenia bilansu napiszmy równanie stechiometryczne przyjmując, że współczynniki stechiometryczne."— Zapis prezentacji:

1 BILANS STECHIOMETRYCZNY REAKCJI ELEMENTARNYCH W celu sporządzenia bilansu napiszmy równanie stechiometryczne przyjmując, że współczynniki stechiometryczne są liczbami względnymi: 1 A A A 3 + … + k A k = 0 k i A i = 0 i=1 gdzie: A 1, A 2, A 3,... A k – mol substancji A 1, A 2, A 3,... A k, 1,... k – współczynniki stechiometryczne. Współczynniki stechiometryczne dla substratów są ujemne, dla produktów dodatnie, a dla składników nie biorących udziału w reakcji mają wartość 0. Marek Kaźmierczak. Technologie przyjazne dla środowiska, 2011

2 W rzeczywistości reakcje nie zawsze przebiegają do końca. Dla scharakteryzowania postępu reakcji wprowadźmy pojęcia stopni przemiany i-tego reagenta (i = 1, 2, 3,.... k): n 0i - n i n i n 0i - n i n i i = = i i = n 0i n 0i F 0 F 0 n 0i i = i = x 0i i F 0 gdzie: n 0i – początkowa liczba moli i-tego reagenta, n i - liczba moli i-tego reagenta po reakcji, F 0 - początkowa liczba moli reagentów, x 0i - ułamek molowy reagenta i przed reakcją. Marek Kaźmierczak. Technologie przyjazne dla środowiska, 2011

3 Znając stopień przemiany możemy określić zmianę liczby moli i-tego reagenta w wyniku reakcji: n i = i n 0i = i F 0 Przyjmując, że reagent A 1 jest reagentem kluczowym (tzn. zmiany stężenia tego reagenta służą do określenia postępu reakcji), możemy w oparciu o liczbę postępu reakcji obliczyć liczbę moli poszczególnych reagentów po reakcji: n 1 n 2 n k λ = = =... = 1 2 k Marek Kaźmierczak. Technologie przyjazne dla środowiska, 2011

4 i i i n i = n 1 = 1 n 01 = 1 F i i n i = n 0i + n i = n 0i + 1 n 01 = x 0i F F Sumaryczna liczba moli po reakcji wynosi: k F = n i = F n 01 = F F 0 i=1 1 1 molowy oraz stężenie reagenta i po reakcji równe są: n i p x i =, a stężenie c i = x i F R T Marek Kaźmierczak. Technologie przyjazne dla środowiska, 2011

5 PRZYKŁAD W reakcji utleniania ditlenku siarki uzyskano stopień przemiany 1 = 0,96. obliczyć skład mieszaniny reagentów po reakcji, jeśli skład początkowy był następujący: SO 2 7 %, O 2 10 %, N 2 83 %. 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ReagentPrzed Zmiana Po reakcji reakcją SO 2 n 01 ( 1 1 )n 01 1 n 01 + ( 1 1 )n 01 1 O 2 n 02 ( 2 1 )n 01 1 n 02 + ( 2 1 )n 01 1 N 2 n 03 ( 3 1 )n 01 1 n 03 + ( 3 1 )n 01 1 SO 3 n 04 ( 4 1 )n 01 1 n 04 + ( 4 1 )n 01 1 RazemF 0 ( 1 )n 01 1 F 0 + ( 1 )n 01 1 SO 2 7 (-2 -2 ) 7*0, *0,96 O 2 10( ) 7*0,96 10 – 0,5* 7*0,96 N 2 83( 0 -2 ) 7*0, SO 3 0(2 -2 ) 7*0, *0,96 Razem100(-1 -2 ) 7*0, – 0,5* 7*0,96 Marek Kaźmierczak. Technologie przyjazne dla środowiska, 2011

6 x 01 + ( 1 1 )x ,07 + (-2 -2 ) 0,07 0,96 x 1 = = = 0, ( 1 )x (-1 -2 ) 0,07 0,96 x 02 + ( 2 1 )x ,10 + (-1 2) 0,07 0,96 x 2 = = = 0, ( 1 )x (-1/ 2) 0,07 0,96 x 03 + ( 3 1 )x ,83 + (0 2) 0,07 0,96 x 3 = = = 0, ( 1 )x (-1/ 2) 0,07 0,96 ( 4 1 )x ,07 0,96 x 4 = = = 0, ( 1 )x (-1/ 2) 0,07 0,96 Marek Kaźmierczak. Technologie przyjazne dla środowiska, 2011

7 BILANS STECHIOMETRYCZNY REAKCJI ZŁOŻONYCH Napiszmy równania stechiometryczne zachodzących w procesie reakcji i osiągane w nich stopnie przemiany reagentów kluczowych: 1,1 A 1,1 + 2,1 A 2, k,1 A k,1 = 0 kl-1 = n kl1,1 /F 0 1,2 A 1,2 + 2,2 A 2, k,2 A k,2 = 0 kl-2 = n kl2,2 /F ,R A 1,R + 2,R A 2,R k,R A k,R = 0 kl-R = n klR,1 /F 0 Liczba moli i-tego reagenta po procesie będzie wynosiła: R n i = n 0i + n i,1 + n i, n i,R = n 0i + ( n i,j ) j=1 i,j n i,j = klj,j F 0 kl-j i,j n i = n 0i + ( ) klj,j F 0 kl-j Marek Kaźmierczak. Technologie przyjazne dla środowiska, 2011

8 Liczba moli reagentów po reakcji: F = F 0 + ( j / kl-j ) klj,j F 0 Stężenie i-tego reagenta po reakcji będzie równe: n i n 0i + ( i,j / kl-j ) klj,j F 0 x i = = F F 0 + ( j / kl-j ) klj,j F 0 Wydajności, i η oraz selektywność procesu σ względem reagenta A 1 będą wynosiły: Δn 1 Δn 1 1 =, 1 = n 01 F 0 Δn 1g Δn 1g η =, σ = n 01 ΣΔn 1j gdzie: Δn 1g – zmiana liczby moli reagenta A 1 w reakcji głównej.

9 PRZYKŁAD: Obliczyć ułamki molowe składników mieszaniny reakcyjnej po konwersji metanu z parą wodną, jeśli w procesie zachodziły dwie reakcje (1)CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 (2)CO + H 2 O = CO 2 + H 2 Substraty, którymi były metan i para wodna, występowały przed reakcją w stosunku molowym 1 : 4, a przyjmując za reagenty kluczowe metan w reakcji (1) i ditlenek węgla w reakcji (2), uzyskano stopnie przemiany CH4,1 = 0,19 i CO2,2 = 0,03. 1 = n CH4,1 /F 0 = 0,19 2 = n CO2,2 /F 0 = 0,03 Marek Kaźmierczak. Technologie przyjazne dla środowiska, 2011

10 PRZYKŁAD c.d. CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 CO + H 2 O= CO 2 + H 2 ReagentPrzed Po reakcji 1 Po reakcji 2 reakcją CH 4 n 01 n 01 + (-1/ -1 )F ( 0 1 )F 0 2 H 2 O n 02 n 02 + (-1 -1 )F (-1 1 )F 0 2 COn 03 n 03 + ( 1 -1 )F 0 1 +(-1 1 )F 0 2 CO2n 04 n ( 1 1 )F 0 2 H 2 n 05 n 05 + ( 3 -1 )F 0 1 +( 1 1 )F 0 2 RazemF 0 F 0 + ( 2 -1 )F 0 1 +( 0 1 )F 0 2 n 01 + (-1 -1 )F 0 1 np.x 1 = F 0 + ( 2 -1 )F 0 1

11

12

13 Kierunki wykorzystania gazu syntezowego[1] z gazu[1] zawierającego tylko CO i H 2 : Synteza metanolu ( metanol): CO + 2H 2 = CH 3 OH Synteza Fischera-Tropscha ( frakcje benzynowe i olejowe): kat. Co, ThO 2, Mg CO + 2H 2 = (CH 2 ) + H 2 O kJ/mol C; 0,1-1 Mpa węglowodory prostołańcuchowe kat. Fe, Cu, alkalia 2CO + H 2 = (CH 2 ) + CO kJ/mol C; 0,1-4 Mpa węglowodory rozgałęzione kat. ThO 2, Al 2 O 3, K 2 CO 3 nCO + 2nH 2 = -CH 2 -CH 2 - +H 2 O 30 MPa [1] E.Grzywa, J.Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych, WN-T, W-wa 1987, str.391 [1]

14 Zmodyfikowana synteza Fischera-Tropscha ( etylen i propylen) Metanizacja ( wysokometanowy gaz opałowy): kat. Ni, Co, Fe CO + 3H 2 =CH 4 + H 2 O +207 kJ/mol C Synteza acetylenu i etylenu: 2CH 4 = C 2 H 2 + 3H 2 kat. Pd C 2 H 2 + H 2 = C 2 H C [1] E.Grzywa, J.Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych, WN-T, W-wa 1987, str.391 [1]

15 Synteza glikolu etylenowego ( glikol etylenowy) Synteza bezwodnika octowego( g.synt. + metanol bezwodnik octowy) Synteza etanolu i etylenu ( g.synt. + metanol etylen, etanol etylen) Synteza met. okso( g.synt. + propylen lub inne olefiny aldehydy, alkohole): kat. Co, Ni(CO) 4 RCH=CHR + CO + H 2 =RCH 2 -RCH-CHO C, 15 MPa [1] E.Grzywa, J.Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych, WN-T, W-wa 1987 (str.391) [1]

16 Synteza kwasu octowego lub mrówczanu metylu (CO + metanol kwas octowy, mrówczan metylu): kat. ThO 2, TiO 2, alkoholany sodu lub potasu CO + CH 3 OH=HCOOCH C, 10 MPa Synteza octanu metylu, octanu winylu ( kwas octowy + metanol octan metylu, octan winylu): Procesy karbonylowania (CO + olefiny, acetylen lub alkohole i woda kwasy organiczne i estry): [1] E.Grzywa, J.Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych, WN-T, W-wa 1987 (str.391)[1]


Pobierz ppt "BILANS STECHIOMETRYCZNY REAKCJI ELEMENTARNYCH W celu sporządzenia bilansu napiszmy równanie stechiometryczne przyjmując, że współczynniki stechiometryczne."

Podobne prezentacje


Reklamy Google