Теория химико-технологических процессов (стр. 10 из 10)
В плане экспериментов принято для построения кривой 8 точек, для каждой из которых по требованиям аналитической химии выполняется 3 раза. Следовательно, т.к. анализ требует аликвоту объёмом 3 мл, то для определения одной точки на кривой необходимо отобрать 3 мл x 3 = 9 мл реакционной массы. Отсюда, для проведения полного плана экспериментов необходимо 9 мл x 8 = 72 мл реакционной массы.
Отсюда в соответствии с кинетическим правилом, которое говорит о том, что объём аликвотной части не должен превышать 10% от общего объёма, имеем, что 72 мл / 0,1 = 720 мл. Также учитывая коэффициент заполнения для не пенящихся веществ: 720 мл / 0,8 = 900 мл.
А т.к. наиболее близкий стандартный объём реактора – 1 л., то соответственно для проведения кинетических экспериментов необходим стеклянный реактор объёмом 1л.
Доказательство идеальности реактора.
а) Так как в реакторе организовано эффективное перемешивание и отсутствие застойных зон, вследствие сферической формы реактора, то обеспечивается моментальное распределение второго реагента по объёму реактора. Что доказано при тестировании химическими и визуальными трассерами. При тестировании химическим трассером было показано, что раствор в реакторе приобретает однородную концентрацию по всему объёму в течение малого промежутка времени. А при внесении визуального раствора аналогично раствор приобретал равномерную окраску за очень малый промежуток. Что удовлетворяет условию идеальности проведения данной реакции.
б) Эффективная система термостатирования и эффективная система перемешивания обеспечивает моментальное распределение колебаний температуры по объёму, возможных при подаче второго реагента.
Что было доказано внесением трассеров в реактор с пониженными и повышенными температурами, в результате чего происходило быстрое выравнивание температуры реакционной среды до температуры термостатирования.
в) Организован моментальный ввод второго реагента.
4.4. Прописи кинетических экспериментов.
Опыт 1.
В реактор, снабжённый обратным холодильником, термометром и мешалкой, помещают приготовленный раствор иодида калия и термостатируют до температуры реакции. Одновременно в термостате термостатируется раствор хлористого метана, который затем приливают стеклянным стаканом через воронку в реактор, момент внесения считается началом реакции. В течении 20 часов, через каждые 150 мин отбирают пробу реакционной массы. Для каждой пробы проводят захолаживание, потенциометрическое титрование и определяют концентрацию ключевого вещества.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 9000.0 0.400
2 18000 0.341
3 27000 0.280
4 36000 0.241
5 45000 0.207
6 54000 0.174
7 63000 0.153
8 72000 0.133
Опыт 2.
СA,0 = 9,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 9900.0 0.408
2 19800 0.342
3 29700 0.280
4 39600 0.246
5 49500 0.213
6 59400 0.178
7 69300 0.157
8 79200 0.137
Опыт 3.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,4 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8400.0 0.335
2 16800 0.274
3 25200 0.226
4 33600 0.192
5 42000 0.165
6 50400 0.143
7 58800 0.122
8 67200 0.104
Опыт 4.
В реактор, снабжённый обратным холодильником, термометром и мешалкой, помещают приготовленный раствор иодида калия и термостатируют до температуры реакции. Одновременно в термостате термостатируется раствор хлористого метана и йодистого метана, который затем приливают стеклянным стаканом через воронку в реактор, после него в реактор приливают раствор хлористого метана, момент внесения считается началом реакции. В течении 19,78 часов (1187 мин), через каждые 148,3 мин отбирают пробу реакционной массы. Для каждой пробы проводят захолаживание, потенциометрическое титрование и определяют концентрацию ключевого вещества.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,2 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8900.0 0.409
2 17800 0.343
3 26700 0.288
4 35600 0.244
5 44500 0.209
6 53400 0.174
7 62300 0.152
8 71200 0.132
Опыт 5.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8900.0 0.406
2 17800 0.336
3 26700 0.281
4 35600 0.242
5 44500 0.205
6 53400 0.178
7 62300 0.154
8 71200 0.135
Опыт 6.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8900.0 0.403
2 17800 0.343
3 26700 0.282
4 35600 0.243
5 44500 0.208
6 53400 0.176
7 62300 0.151
8 71200 0.133
Опыт 7.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8900.0 0.411
2 17800 0.342
3 26700 0.281
4 35600 0.236
5 44500 0.208
6 53400 0.175
7 62300 0.151
8 71200 0.134
Опыт 8.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 90ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 3900.0 0.398
2 7800.0 0.341
3 11700 0.281
4 15600 0.240
5 19500 0.202
6 23400 0.177
7 27300 0.154
8 31200 0.133
Опыт 9.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 100ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 1800.0 0.407
2 3600.0 0.333
3 5400.0 0.276
4 7200.0 0.239
5 9000.0 0.203
6 10800 0.172
7 12600 0.148
8 14400 0.130
Опыт 10.
СA,0 = 0,95 моль/л, СY,0 = 0,4 моль/л, СZ,0 = 0,125 моль/л, tº = 110ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 840.00 0.329
2 1680.0 0.268
3 2520.0 0.226
4 3360.0 0.195
5 4200.0 0.164
6 5040.0 0.140
7 5880.0 0.122
8 6720.0 0.103
Выводы
В результате проведённой работы была найдена кинетическая модель процесса бимолекулярного замещения в реакции хлористого метила и йодида калия:
.При этом значения энергии активации, частотного фактора Аррениуса и энтропии активации имеют следующие значения: A = 3,2522∙108,
, 
.Анализ полученных данных подтвердил гипотезу о протекании реакции по механизму бимолекулярного механизма. Что подтверждается тем, что при использовании полученных математических моделей получено сходимое с эмпирическими значение энтропии активации комплекса.
Список используемой литературы.
1. Ахназарова, С. Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов/ С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1985. – 327с.
2. Лебедев, Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: учебник для вузов/ 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1988. – 592с.
3. Попов, Ю. В. Инженерная химия: учебное пособие/ Ю. В. Попов, Б. И. Но. – Волгоград: Волгоград. гос. техн. ун.-т, 2003. – 208с.
4. Сайкс, П. Механизмы реакции в органической химии/ Пер. с англ. под ред. проф. Варшавского Я. М. – изд. 3-е. – М.: Химия, 1977. – 320с.
5. Крешков, А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Количественный анализ/ А.П. Крешков. – К.2, 3-е изд., пераб. – М.: Химия, 1970. – 456с.
6. Крешков, А.П. Основы аналитической химии. Физико-химические (инструментальные) методы анализа/ А.П. Крешков. – К.3. – М.: Химия, 1970. – 472с.
7. Кокшарова, И.У. Электрохимические методы анализа: учебное пособие/ И.У. Кокшарова. – Волгоград: ВолгГТУ, 2003. – 55с.