Пиролиз пропана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5. Данные о температурных зависимостях энергии Гиббса всех реакций
T,K	580	600	660	690	700
Δ 1gст,   кДж/моль	99,26	97,17	90,87	87,71	86,65
Δ 2gст,   кДж/моль	155,87	150,72	135,19	127,38	124,78
Δ 3gст,   кДж/моль	2,37	-0,34	-8,45	-12,49	-13,83
Δ 4gст,   кДж/моль	144,85	139,31	122,42	113,84	110,96

 

 

Рис. 1. Зависимость стандартной  мольной энергии Гиббса реакций  от температуры.

 

 

 Из рисунка 1 очевидно, что  реакция 3 (С₃Н₈ = СН₄ +С₂Н₄) является наиболее термодинамически вероятной, т.к. её стандартная мольная энергия Гиббса минимальна по сравнению с другими, а величина химического сродства r, следовательно, максимальна. Реакция идет в прямом направлении.

 

 

 

 

2. Анализ изменения состава системы при изменении параметров.

 

 Полагая,  что все остальные реакции  подавлены и в системе протекает  только одна, наиболее вероятная  реакция, рассчитайте степень  термической  диссоциации пропана  при разных температурах (и давлении 1 атм) и давлениях (и температуре 660 К) и постройте графически   зависимость степени термической диссоциации пропана от температуры и давления. Проанализируйте полученные данные. Как будет изменяться степень термической диссоциации пропана, если в систему изначально будет введен посторонний газ?

 

Решение.

Предполагаем, что все остальные  реакции подавлены и в системе  протекает только одна, наиболее вероятная  реакция, т.е. реакция 3 (С₃Н₈ = СН₄ +С₂Н₄).

Запишем закон химического равновесия в р-шкале для данной реакции:

 

, где 

Выражаем через степень термической диссоциации пропана (). Для этого удобно воспользоваться таблицей:

 

в начальный момент  времени		0	0
в момент равновесия
Число молей всех компонентов в  момент равновесия

 

Записываем закон химического равновесия через степень химической диссоциации:

 

Выражаем степень термической  диссоциации:

 

   =>  

 

 

Далее производим расчет степени термической  диссоциации пропана при разных давлениях (при Т = 660К) и температурах (при давлении р=1атм.).

 

Пример расчета степени  термической диссоциации при  температуре 660К.

 

При данной температуре 1,0015 (по данным таблицы 3в). Находим значение степени термической диссоциации при давлении p=1атм. 

 

 

 

Аналогично находим значения степени термической диссоциации при давлениях 0.8, 1.4, 1.6, 2.8. Сводим полученные данные в таблицу 6:

 

Таблица 6: Сводные данные о значениях степени термической диссоциации при разных давлениях и при Т=660К и =1,0015.

p, атм.	0,8	1	1,4	1,6	2,8
	0,7456	0,7074	0,6458	0,60205	0,5133

 

По полученным данным построим зависимость степени термической диссоциации от давления при постоянной температуре (α=f(р)):

Рис. 3 Зависимость степени термической диссоциации от давления.

 

По графику видно, что при  увеличении давления степень термической  диссоциации пропана убывает.

 

Пример расчета степени  термической диссоциации при  давлении 1атм.

 

Рассчитываем  значение степени термической диссоциации  при              Т = 580К и при давлении р=1атм. При данной температуре =0,9995                 (по данным таблицы 3в).

 

 

 

Сводим вычисления степени термической диссоциации в таблицу 7:

 

Таблица 7. Сводные данные о значениях степени термической диссоциации при разных температурах и давлении равном 1 атм.

Т,К	580	600	660	690	700
	0.9995	1.0001	1.0015	1.0022	1.0024
	0.7070184	0.7071125	0.7073717	0.7074951	0.7075304

 

Далее строим зависимость степени термической диссоциации от температуры при постоянном давлении (α=f(T)):

 

Рис. 2 Зависимость термической  диссоциации от температуры при  постоянном давлении.

 

По графику можно сказать, что  степень термической диссоциации  при увеличении температуры возрастает.

 

При введении в систему постороннего газа, увеличится давление в системе, а степень термической диссоциации  пропана, соответственно, уменьшится.

 

Выводы

 

В ходе данной курсовой работы:

• Термодинамическими расчетами была определена наиболее вероятная реакция (С₃Н₈ = СН₄ +С₂Н₄);
• Было выяснено, что для данной реакции при увеличении температуры степень термической диссоциации возрастает, а при увеличении давления степень термической диссоциации уменьшается;
• С помощью интегрального и дифференциального методов формальной кинетики процесса был найден порядок реакции и эффективная скорость реакции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1. Расчет  изменений экстенсивных свойств  системы за счет протекания в ней  газовой реакции: методические указания к электронной  лабораторной  работе 13  / Степановских Е.И., Брусницына Л.А. [Электронный ресурс]:  Екатеринбург: Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2007.
2. Расчет равновесного состава идеальной газовой системы: методические указания для самостоятельной работы по курсу физической химии/ Степановских Е.И., Софронов А.А., Брусницына Л.А., Маскаева Л.Н. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2004,  12 с.
3. Физическая химия, К.С. Краснова, Москва, 2001.
4. Физическая химия. Конспект лекций /Степановских Е.И. 2011.
5. Химик.ру − сайт о химии.  http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3351.html