Для проведения термодинамического расчета газофазной химической реакции 3C2H4 ц-C6H12 в интервале температур 2981200 К и давлений 0

Дипломные работы на заказ

Для проведения термодинамического расчета газофазной химической реакции 3C2H4 ц-C6H12 в интервале температур 2981200 К и давлений 0,1; 2; 4 МПа составим таблицу термодинамических свойств исходных веществ и продуктов реакции. Необходимые данные для расчета представлены в таблице 1.

Таблица – Термодинамические величины
Вещество ∆Нообр,
кДж/моль Sо298,
Дж/(моль∙К) Ср,
Дж/(моль∙К) Коэффициенты уравнения
СР=f(Т) Ткр, К Ркр,
МПа

а b,10 -3 с,10- 6

С2Н4(г) 52,30 219,45 43,56 11,32 122,01 -37,90 282,4 5,04
ц-С6Н12(г) -123,14 298,24 106,27 -51,70 598,77 -230,00 554,2 4,11

Приведем подробный термодинамический расчет газофазной химической реакции при температуре 2981200 К и давлениях 0,1; 2; 4 МПа.
Тепловой эффект реакции при стандартных условиях составит:

Аналогично рассчитываем ∆СР,
∆СР= 106,27 – 3∙43,56 = –24,41 Дж/(моль∙К);
= 298,24 – 3∙219,45 = –360,11 Дж/(моль∙К);
∆а = –51,7 –3∙11,32 = –85,66;
∆b = (598,77 – 3∙122,01)∙10–3 = 232,74∙10–3;
∆с = (–230,0 – 3∙(–37,90))∙10-6 = –116,3∙10–6.
Тепловой эффект реакции по грубому уравнению Кирхгофа при 1200 К рассчитывается как .
Тепловой эффект реакции по точному уравнению Кирхгофа при 1200 К рассчитывается как Дж/моль.
Энергию Гиббса реакции при 298 К рассчитываем по грубому уравнению Дж/моль.
Энергию Гиббса реакции при 1200 К рассчитываем по приближенному уравнению рассчитываем как Дж/моль.
Энергию Гиббса реакции при 1200 К рассчитываем по точному уравнению как Дж/моль, где коэффициенты, зависящие от температуры. Для различных температур их значения представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Величина Mn для вычисления ∆G
Т, К М0 М1 , 103 М2 , 106
300 0,0000 0,0000 0,0000
400 0,0392 0,0130 0,0043
500 0,1133 0,0407 0,0140
600 0,1962 0,0759 0,0303
700 0,2794 0,1153 0,0498
800 0,3597 0,1574 0,0733
900 0,4361 0,2012 0,1004
1000 0,5088 0,2463 0,1310
1100 0,5765 0,2922 0,1652
1200 0,6410 0,3389 0,2029

Константу равновесия при 298 К и 0,1 МПа рассчитываем по уравнению
Константу равновесия при 298 К и 2,0 МПа рассчитывают по уравнению . Для этого вычисляют приведенную температуру и давление для каждого реагента по формулам = Т/Ткр и = Р/Ркр. Для С2Н4 = 298/282,4= = 1,1; = 2/5,04 = 0,40; ц-C6H12 = 298/554,2 = 0,54; = 2/4,11= 0,49.
Коэффициент активности определяют по графику приложения в методическом пособии: = 0,9; = 0,7.
Рассчитывают Ку по уравнению:

.
Равновесную степень превращения исходных веществ рассчитывают по уравнению . Тогда при 0,1 МПа
При 2 МПа
Для остальных давлений и температур расчет ведется аналогично, результаты расчета сведем в таблицу 3. По результатам расчета построили соответствующие графические зависимости (рисунки 1, 2, 3).

Таблица 1 – Сводная таблица термодинамических величин

Т,К ∆Нгр,
Дж/моль ∆Нточ,
Дж/моль ∆Gгр,
Дж/моль ∆Gпр,
Дж/моль ∆Gточ,
Дж/моль Кp Кγ КP Х

2 МПа 4 МПа 2 МПа 4 МПа 0,1 МПа 2 МПа 4 МПа
298 -280040 -172727,2 1,96∙1030 1,7 2,2 1,15∙1030 4,45∙1029 1,000 1,000 1,000
400 -282835,8 -281947,4 -172727,2 -172727,2 -172727,2 6,95∙1017 1,4 2,4 4,96∙1017 2,90∙1017 1,000 1,000 1,000
500 -285576,8 -282404,9 -135996,0 -135566,2 -136560,3 1,55∙1010 1,3 1,7 1,19∙1010 9,11∙109 1,000 1,000 1,000
600 -288317,8 -281697,9 -99985,0 -98432,2 -97497,2 6,89∙103 1,2 1,5 5,74∙103 4,59∙103 1,000 1,000 1,000
700 -291058,8 -280059,2 -63974,0 -60747,3 -55548,1 6,89 1,1 1,3 6,26 5,3 0,639 0,487 0,348
800 -293799,8 -277721,3 -27963,0 -22602,2 -11228,8 0,005 1,1 1,1 4,5∙10-3 4,5∙10-3 0,023 0,016 0,011
900 -296540,8 -274916,7 8048,0 15935,5 35016,2 2,76∙10–3 1,0 1,1 2,76∙10–3 2,51∙10–3 0,001 0,001 0,001
1000 -299281,8 -271878,2 44059,0 54817,2 82802,9 1,92∙10–7 1,0 1,0 1,92∙10–7 1,92∙10–7 0,000 0,000 0,000
1100 -302022,8 -268838,3 80070,0 94016,2 131815,5 2,35∙10–9 1,0 1,0 2,35∙10–9 2,35∙10–9 0,000 0,000 0,000
1200 -304763,8 -266029,5 116081,0 133463,1 181603,9 7,88∙10–11 1,0 1,0 7,88∙10–11 7,88∙10–11 0,000 0,000 0,000

Рисунок 1 – Графическая зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры, вычисленного по грубому (▲) и точному (■) уравнениям Кирхгоффа

Рисунок -2 – Графическая зависимость изобарно-изотермического потенциала от температуры, вычисленного по грубому (●), приближенному (■) и точному (▲) уравнениям

Рисунок 3 – Графическая зависимость равновесного выхода продуктов реакции от температуры и давления
(● – Р=0,1 МПа; ■– Р=2 МПа; ▲– Р=4 МПа)

Вывод
Рассматриваемая реакция протекает с выделением тепла и является экзотермической, т.к. ΔН<0.
Реакция термодинамически возможна в диапазоне температур начиная с 298 К до 800 К, т.к. в этой области температур энергия Гиббса G < 0.
При температуре ниже 700 К равновесный выход продуктов реакции принимает достаточный для практических целей значений.
С увеличением давления в ходе реакции понижается равновесный выход продуктов реакции.
Рекомендации к ведению реакции
Исходя из проведенного термодинамического расчета и его анализа можно привести следующие рекомендации к ведению реакции: реакцию циклизации этилена в циклогексан целесообразно проводить в интервале температур 298-700 К и давлении, равном 0,1 МПа, при этих условиях выход продуктов реакции будет максимален и достаточен для практического осуществления реакции.


+7 (812) 389-23-13

Работаем: Пн-Пт, с 10 до 17

+7 (499) 649-65-17

Работаем: Пн-Пт, с 10 до 17