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例1.1在350℃等温恒容下纯丁二烯进行二聚反映,测得反映系统总压p与反映时间t的关系如下:
t/min 0 6 12 26 38 60
p/kPa 66.762.3 58.9 53.5 50.4 46.7
试求时间为26min时的反映速率。
解:以A和R分别代表丁二烯及其二聚物,则该二聚反映可写成:2A→R
反映体系中各组分的浓度关系如下:
由抱负气体定律得:(A)
p0为t=0时物系的总压,整理上式为:(B)
将(B)式代入速率式中,得:)
(c)
抱负气体:
将CA0代入(C)式,为: D
解析法:对p-t关系进行回归分析,得:
图解法:以p对t作图,如图所示。
于t=26min处作曲线的切线,切线的斜率为dp/dt,该值等于‐0.32kPa/min。
将有关数据代入(D)式,即得到丁二烯转化量表达的反映速率值。
若以生成二聚物表达反映速率,则:1,
2
例1.2等温进行醋酸(A)和丁醇(B)的酯化反映
醋酸和丁醇初始浓度为0.2332和1.16kmol/m3。测得不同时间下醋酸转化量如下表,试求该反映的速率方程。
时间
/h
醋酸转化量
/(kmol/m3)
时间
/h
醋酸转化量
/(kmol/m3)
时间
/h
醋酸转化量
/(kmol/m3)
0
0
3
0.03662
6
0.06086
1
0.01636
4
0.04525
7
0.06833
2
0.02732
5
0.05405
8
0.07698
解:由题中数据可知醋酸转化率较低,且丁醇又大量过剩,可以忽略逆反映的影响,同时可以不考虑丁醇浓度对反映速率的影响。所以,设正反映的速率方程为:
(a)
以0级、1级、2级反映对上式进行积分式得:
当n=0时,(b
当n=1时,(c)
当n=2时,(d)
采用图解法和试差法,假设反映级数,将实验数据分别按0级、1级、2级反映动力学积分式做图,得到其f(CA)-t的关系曲线图,然后再根据所得的f(CA)-t的关系曲线图进行判断其动力学形式。
不同时间下f(CA)–t的变化关系
t/h
CA
CA0-CA
0
0.2332
0
0
0
1
0.2168
0.01636
0.0727
0.3244
2
0.2059
0.02732
0.1246
05686
3
0.1966
0.03662
0.1708
0.7983
4
0.1879
0.04525
0.2157
1.0337
5
0.1792
0.05405
0.2637
1.2922
6
0.1723
0.06086
0.3024
1.5157
7
0.1649
0.06833
0.03467
1.7761
8
0.1592
0.07398
0.03816
1.9932
零级反映和一级反映的f(CA)–t的关系图
如对t作图得一直线,则说明假设对的,由此可知反
应级数n=2。
但丁醇浓度是否存在影响,还需做进一步实验证明。
对t作图为一直线,则说明n=2是对的的,故该反映对醋酸为二级反映,从直线的斜率可以求得在此温度下包含丁醇浓度的k’值。而丁醇的反映级数m可以用保持醋酸浓度不变的方法求得,两者结合可以求得反映在此温度下的速率常数k。
例题1.3气相反映为一级反映A→3P速度常数k=0.5min-1,反映在恒容间歇式反映器中进行,求1min后体系的总压,进料状况如下:
(a)纯A,0.1Mpa;
(b)纯A,1Mpa;
(c)10%的A和90%的I(惰性气体)混合物,1MPa
解:A→3P+I
整理得:
上式求导:(1)
抱负气体方程
所以得:
即:(2)
比较(1)、(2),得:
即:
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