Исходные данные. В ходе проведения химической реакции получены следующие кинетические кривые для компонентов А, В, С

В ходе проведения химической реакции получены следующие кинетические кривые для компонентов А, В, С. В ходе моделирования процесса предложить и обосновать кинетику реакции и рассчитать константы скоростей частных реакций. Концентрации С_А0=500 г/л.

С, г/л Время, мин

Рисунок 1- Кинетические кривые для компонентов А, В, С

Теоретическая часть

Для математического моделирования любого химического процесса и реактора необходимо знать численное значение константы скорости химической реакции К. Все виды реакций можно распределить по трём классам:

-реакции разложения:

-реакции синтеза:

-реакции изомеризации:

При этом в зависимости от условий проведения процесса реакция может протекать как по прямому, так и по обратному механизму, а также по равновесному состоянию.

Для расчета констант скоростей реакций используются данные исследования кинетики химической реакции, то есть опытные значения изменяющиеся во времени концентраций компонентов в реакционной среде. Эти данные позволяют установить предполагаемый механизм реакции, составить уравнения кинетики реакции в форме системы дифференциальных уравнений, и в ходе решения этой системы уравнений с различными подставляемыми значениями констант скоростей реакции подбирают такие значения К, при которых расчетное значение кинетических кривых наиболее хорошо совмещаются с опытными. Решение дифференциальных уравнений можно выполнить достаточно простым методом Эйлера. Для удобства сопоставления расчетных и опытных данных целесообразно использовать реперные точки.

Анализ исходных данных и ход работы

1 Выбор вида химической реакции

На основании вышеприведенных кинетических кривых можно сделать вывод, что в реакционной смеси присутствуют четыре вещества (А, В, С, Д). Для того, чтобы найти концентрацию неучтенного вещества Д, составим материальный баланс по израсходованному и образовавшемуся веществу.

Таблица 1 – Материальный баланс процесса (по концентрациям, г/л)

Построим кинетические кривые, учитывая вещество Д.

С, г/л

Время, мин

Рисунок 2- Кинетические кривые для компонентов А, В, С, Д

Сделаем предположение, что в системе протекают следующие реакции:

2 Разработка математической модели кинетики

По имеющемуся виду реакции можно составить четыре кинетических уравнения:

3 Определение констант скоростей химических реакций

Так как протекают три реакции, то необходимо определить три константы скорости реакции. Из первого кинетического уравнения по интегральному методу найдем сумму констант k₁+k₃, которая равна 0, 052мин^-1. Из третьего уравнения найдем k₃ по дифференциальному методу (k₃=0, 034 мин^-1), тогда k₁=0.018 мин^-1. Из четвертого уравнения k₂=0, 216 мин^-1.

4 Блок-схема алгоритма

Рисунок 3- Блок-схема программы

5 Программа расчета

program lab2;

uses crt;

label 1, 2;

var ca0, cb0, cc0, cd0, dtau, tau, k1, k2, k3, dtrep, t, tkon, pca, pcb, pcc, pcd, ca, cb, cc, cd: real;

Begin

clrscr;

ca0: =500;

cb0: =0;

cc0: =0;

cd0: =0;

tau: =0;

dtau: =0.001;

write ('K1= '); readln (k1);

write ('K2= '); readln (k2);

write ('K3= '); readln (k3);

dtrep: =5;

t: =dtrep;

tkon: =40;

pca: =ca0;

pcb: =cb0;

pcc: =cc0;

pcd: =cd0;

writeln ('-------------------------------------');

writeln (' t | Ca | Cb; Cc; Cd ');

writeln ('-------------------------------------');

repeat

1:

ca: =pca+(-k1*pca-k3*pca)*dtau;

cb: =pcb+(k1*pca-k2*pcb)*dtau;

cc: =pcc+k3*pca*dtau;

cd: =pcd+k2*pcb*dtau;

tau: =tau+dtau;

if abs(t-tau)< =dtau/2 then goto 2 else

pca: =ca;

pcb: =cb;

pcc: =cc;

pcd: =cd;

goto 1;

2:

writeln (t: 4: 0, ' ', ca: 4: 2, ' ', cb: 4: 2, ' ', cc: 4: 2, ' ', cd: 4: 2);

t: =t+dtrep;

until t> tkon;

readln;

end.

Таблица 2-Идентификаторы параметров программы