2.3-33. Газофазная реакция А R + S проводится при постоянном давлении и постоянной температуре. В исходной смеси содержится 100% вещества А. Ра1зновесная степень превращения составляет 0,6. Как увеличить степень превращения до 0,8, не меняя давления и температуры?

2.3-34. Для параллельной реакции

с константами скоростей к^ = 10 с~ и 2 = с определить время, при котором в продуктах будет содержаться 0,8 кмоль/м^ вещества R, концентрацию вещества S и степень превращения вещества А. Перед началом реакции концентрация вещества А была 1,4 кмоль/м^, а вещества R и S отсутствовали.

= 1 кмоль/м^, и C[Q = 0. Какими при этом будут степень превращения вещества А и селективность по продукту R?

2.3-29. Протекает последовательная реакция первого порядка А-> R S. Концентрация промежуточного продукта достигает максимального значения через 170 мин. Рассчитайте константы скоростей этих реакций, если Хд = 0,4.

2.3-30. Для последовательной реакции первого порядка А R S рассчитайте С^, если: 1) kj, 2) [ = к^, 3) к^ kj-

2.3-31. Протекает последовательная реакция первого порядка А R -> S. Максимальная концентрация продукта R при температуре 250 °С составляет 0,57Сдр. При какой температуре следует проводить реакции, чтобы Cjnax др? Энергия активации целевой реакции равна 48000 Дж/моль, побочной - 39 ООО Дж/моль. При этом предэкс-поненциальные множители в выражениях для констант скоростей обеих реакций примерно равны.

2.3-32. Проводится реакция А -ь В -> R с константой скорости к= МО л/(моль-ч). Исходные концентрации веществ А и В равны по 0,08 моль/л. Найти время, необходимое для снижения концентрации веществ до 0,04 моль/л.

константы скорости реакций соответственно = 0,175 мин ; к2 = 0,025 мин-. Рассчитать состав реакционной смеси и селективность по целевому продукту S через 10 мин после начала реакции, если исходная концентрация реагента равна 1,75 моль/л.

2.3-37. При проведении последовательной реакции типа А R S в изотермических условиях степень превращения реагента составила 0,9. Определить дифференциальную и интегральную селективности по целевому продукту R, если к^ = 0,2 с , = 0,1 с .

2.3-38. Реакция А + В R + S проводится при температуре 507 К и начальной концентрации вещества А 0,05 кмоль/м^ в течение 40 мин. Константа скорости реакции равна 1,28 мЗДкмольмин). Оценить количественно влияние начального мольного соотнощения реагентов (АОво = 2:1; Сдо:Сво = 1:1; с^.С^о = 1:1,5; C.Cq = 1:2) надостигае-мую степень превращения вещества А.

2.4. ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

2.4.1. Расчетные формулы

В гетерогенных химических процессах исходные вещества и, в общем случае, продукты находятся в разных фазах. Химическая реакция протекает на границе раздела фаз, куда транспортируются pea-

2.3-35. Две параллельные реакции

fljA + AjB = Ж + 5S (целевая реакция)

fljA + =уЧ + zL (побочная реакция) характеризуются кинетическими уравнениями

Ацел 1*-А *В Апоб 2 А -В

И энергиями активации Еу = 45 кДж/моль, Е^ = 65 кДж/моль. Проанализируйте зависимость дифференциальной селективности для такой системы реакций от: а) концентрации реагентов А и В; б) температуры. Какие можно дать рекомендации по выбору технологического режима для этого процесса?

2.3-36. При изотермическом проведении параллельной реакции

генты из разных фаз, или в одной из фаз, куда переходят реагенты из другой фазы. В гетерогенном процессе проявляется взаимодействие химической реакции и процессов переноса. Концентрации реагентов известны в соответствующих фазах (измеряемые, наблюдаемые концентрации). В зоне протекания реакции концентрации реагентов, в общем случае, отличаются от измеряемых, т. е. имеет место некое распределение концентраций в объеме рассматриваемого гетерогенного химического процесса. Соответственно, скорость превращения веществ определяется составом реакционной смеси в зоне протекания. Поэтому при изучении гетерогенных химических процессов вводится понятие наблюдаемая скорость превращения W, которая зависит от наблюдаемых концентраций и параметров процесса переноса веществ между фазами и скорость которой выражается через наблюдаемые параметры.

Гетерогенный химический процесс является многостадийным, поэтому вводится понятие лимитирующей стадии. Лимитирующая стадия - стадия, имеющая максимальную движущую силу или минимальную интенсивность процесса, определяемую коэффициентами {к - для химической реакции, Р - для процесса массопереноса). В соответствии с определением, если лимитирующая стадия - химическая реакция, то режим кинетический, если массоперенос, то диффузионный.

В системе газ(жидкость)-твердое вещество уравнения баланса записываются для газообразного и твердого реагентов, для вещества А газовой фазы - как равенство скоростей этапов переноса и химической реакции, считая этот процесс установившимся во времени, для твердой фазы - как нестационарный процесс.

Выгорание твердой частицы - модель процесса сжимающаяся сфера (рис. 2.1):

Поток газа

Пограничный слой

Поток газа

Рис. 2.1. Схема процесса сжимающаяся сфера и распределение концентрации компонента газовой фазы