Расчеты, построение графиков

 

Построение кинетических кривых

 

Процесс конверсии угарного газа с паром протекает по следующему уравнению реакции:

 

CO+H₂O=H₂ + CO₂

 

Скорость конверсии описывается следующим уравнением:

 

 

Где U - скорость реакции

k_c - константа скорости реакции

K_p - константа равновесия химической реакции

P_CO, P_H2O, P_H2, P_CO2 - парциальные давления угарного газа, паров воды, водорода и углекислого газа, соответственно.

Параметры уравнения скорости, в свою очередь, рассчитываются для железохромового катализатора по следующим соотношениям:

 

lg k_c =

lg A =

 

где T - температура, К.

Константу равновесия K_p и тепловой эффект Q(T) можно рассчитать по уравнениям:

K_p=

Q(T)=

 

Рекомендуемая температура смеси на входе в реактор 600-800 К, давление 10 атм.

1. Введем стехиометрические коэффициенты в соответствии с уравнением реакции. Рассчитаем изменение числа киломолей в ходе реакции.

2. Определяем функции для константы равновесия K_p, константы скорости реакции k_c, безразмерной величины А. При этом для каждой функции выполняем проверку.

3. Подключаем модуль с определениями всех основных функций.

4. Определяем функции для расчета прямой и наблюдаемой скоростей реакции. Определяем частные вспомогательные функции u ₁ (T, P), u ₂ (T, P), u (T, P) из общих функций, приняв степень превращения равной 0,3.

5. Символьно рассчитать равновесную температуру не удается. Рассчитываем равновесную температуру с помощью функции root, т. е. численным способом.

7. Строим плоский график Х-Y график зависимости скорости реакции от температуры. Чтобы придать осям опрятный вид, наибольшие пределы по осям пастеризуем (огрубим) на один-два разряда числа. Верхний предел по ординате запишем как

 

 

8. Символьно рассчитываем равновесное давление. В плоский график зависимости скорости реакции от давления вводим равновесное давление Р_р в слот на абсциссе. Рассчитываем равновесное давление численным способом, сравниваем два результата. На графике он также отобразится в качестве красного пунктирного перпендикуляра, проходящего через точку химического равновесия.

8. Символьно рассчитываем равновесную степень превращения. Получаем вектор двух корней. Выбираем тот из них, который соответствует минимальному значению равновесной степени превращения. Степень превращения равная 2,5 быть не может, выбираем степень превращения, равную 1. В плоский график зависимости скорости реакции от степени превращения вводим равновесное степень превращения хр в слот на абсциссе. Рассчитываем равновесную степень превращения численным способом, сравниваем два результата.

Вывод

Т.к. процесс практически необратим при температурах ниже 130⁰С, поэтому скорость обратной реакции можно принять равной нулю. В связи с этим становится понятно, почему кривая скорости прямой реакции и кривая наблюдаемой скорости совпадают на графиках зависимости скорости реакции от температуры, давления, степени превращения. Реакция синтеза фосгена идет с уменьшением объема.