الموضوع الرابع في امتحانات المهندسين الكيميائيين المعتمدين: هندسة التفاعلات الكيميائية

(7) المحفزات وتأثيرها على سرعة التفاعل (أسئلة متعددة الخيارات): المحفزات تشارك في التفاعلات الكيميائية، لكن كتلتها وخصائصها الكيميائية لا تتغير قبل وبعد التفاعل؛ يمكن للمحفزات تغيير سرعة التفاعل في كلا الاتجاهين، لكنها لا تغير الحرارة الناتجة عن التفاعل أو الحالة الابتدائية والنهائية للنظام التفاعلي، كما أنها لا تغير حالة التوازن، لكنها تقلل من الوقت اللازم للوصول إلى حالة التوازن؛ تأثير المحفزات انتقائي.

(8) بعض الاستنتاجات المفيدة: بالنسبة للتفاعلات من الدرجة الأولى، فإن سرعة التفاعل تنخفض دائمًا مع زيادة نسبة التحول؛ بالنسبة للتفاعلات غير القابلة للانعكاس والتفاعلات القابلة للانعكاس التي تمتص الحرارة، فإن سرعة التفاعل تزداد مع ارتفاع درجة الحرارة؛ أما بالنسبة للتفاعلات القابلة للانعكاس التي تطلق الحرارة، فإن سرعة التفاعل تكون في أقصى قيمة عند درجة حرارة معينة؛ بالنسبة للتفاعلات القابلة للانعكاس، فإن سرعة التفاعل تكون في أدنى قيمة عند الوصول إلى حالة التوازن.

1) في التفاعلات الذاتية التحفيز، عندما تكون نسبة التحول صفرًا ولا يوجد أي منتجات في النظام، فإن سرعة التفاعل ( )
أ. تكون في أقصى قيمة
ب. يكون هناك نقطة قصوى
ج. تكون سالبة
د. تساوي صفرًا

2) في مفاعل التدفق المستمر، إذا كان a>0، فإن العلاقة بين الزمن الفضائي T والزمن المتوسط للإقامة t هي ( )
أ. متساوية
ب. أقل من ذلك
ج. أكبر من ذلك
د. قريبة من ذلك

3) المحفزات لا يمكن أن ( )
أ. تغير منتجات التفاعل
ب. تغير حالة التوازن
ج. تغير سرعة التفاعل
د. تمنع التفاعلات الجانبية

4) في التفاعلات المتسلسلة A----B----D، حيث ثوابت سرعة التفاعل هي K1 وK2، إذا كان Ea2>Ea1، فمن أجل تحقيق إنتاج أكبر من B، يجب ( )
أ. رفع درجة الحرارة
ب. خفض درجة الحرارة
ج. إزالة المنتجات بسرعة
د. تقليل زمن التفاعل

5) إذا كانت الطاقة الحرارية للتفاعل -150 كيلوجول/مول، فإن طاقة التنشيط للتفاعل الإيجابي هي ( )
أ. لا يمكن تحديدها
ب. أكبر من 150
ج. أقل من 150
د. تساوي 150

6) عند تحلل بخار CH3CHO عند درجة حرارة 791 كلفن وضغط 48.3 كيلوباسكال، فإن نصف الوقت اللازم للتحلل هو 410 ثوانٍ؛ وعند ضغط 22.5 كيلوباسكال، فإن نصف الوقت اللازم للتحلل هو 880 ثوانٍ، فما درجة التفاعل؟
أ. 0
ب. 1
ج. 2
د. 3

7) إذا كانت طاقة التنشيط للتفاعل 80 كيلوجول/مول، وارتفعت درجة الحرارة من 100 درجة مئوية إلى 110 درجات مئوية، فإن سرعة التفاعل تصبح تقريبًا ( )
أ. ضعف السرعة الأصلية
ب. ثلاثة أضعاف السرعة الأصلية
ج. أربعة أضعاف السرعة الأصلية
د. لا يمكن تحديدها

8) التفاعل 2A----P هو تفاعل من الدرجة الثانية، وإذا استغرق استهلاك 1/3 من المادة A وقتًا أطول بمقدار 9 ثوانٍ من استهلاك 2/3 منها، فما نصف الوقت اللازم للتحلل؟
أ. 6 ثوانٍ
ب. 8 ثوانٍ
ج. 12 ثانية
د. 16 ثانية

9) في تفاعل من الدرجة الأولى، عند درجة حرارة T، فإن السرعة الابتدائية هي r0=1*10^-5 مول/سم³·ثانية، وبعد ساعة تصبح السرعة r1=3.26*10^-6 مول/سم³·ثانية، فما ثابت سرعة التفاعل؟
أ. 3.11*10^-4 ثانية
ب. 2.11*10^-4 ثانية
ج. 4*10^-4 ثانية
د. لا يمكن تحديدها

10) إذا كانت ثابت سرعة تحلل NaOCl عند درجة حرارة 25 درجة مئوية هو 0.0093 ثانية، وعند درجة حرارة 30 درجة مئوية هو 0.014 ثانية، فكم من الوقت يلزم عند درجة حرارة 40 درجة مئوية لتحلل 99% من المادة؟ أ 60 ب 139 ج 270 د 360 ب

2. معرفة الحالات 1). يتم إجراء تفاعل متجانس في مفاعل خلط بيني: A+B-----P، وديناميكيات التفاعل هي -rA=k*CA*CB، حيث k=10^4 متر^3·كمول^-1·ساعة^-1. عندما تكون التركيزات الأولية للمواد المتفاعلة 4 كمول/متر^3، ونسبة تحويل A تساوي 0.8، فإن المفاعل يمكنه معالجة 41.04 كمول من المادة A في الساعة. سيتم إجراء التفاعل الآن في مفاعل تدفق أفقي بقطر داخلي يبلغ 125 مم، مع بقاء باقي ظروف التشغيل كما هي، أوجد طول المفاعل. CA0 = CB0، إذًا -rA = k * CA². وبالتالي، فإن زمن التفاعل tr = CA0 * f * dXA/(-rA) = XA/KCA0 * (1 - XA) = 0.1 ساعة. وزمن التفاعل هو في الواقع زمن الإقامة في مفاعل التدفق المستمر. إذًا، r0 = FA0/CA0 = 41.04/4 = 10.26 متر مكعب في الساعة.
V = r0 × t = 10.26 × 0.1 = 1.026 متر مكعب.
طول الأنبوب L = V / (0.785 × d²) = 0.1026 / (0.785 × 0.125 × 0.125) = 84 مترًا.

2) في تفاعل سائلي غير قابل للعكس من الدرجة الثانية، عند التركيز الأولي 5 كمول/متر مكعب، يستغرق الأمر 285 ثانية للوصول إلى تركيز معين. أما عند التركيز الأولي 1 كمول/متر مكعب، فيستغرق الأمر 283 ثانية للوصول إلى نفس التركيز. فكم من الوقت يلزم للانتقال من التركيز الأولي 5 كمول/متر مكعب إلى التركيز 1 كمول/متر مكعب؟ . deta T=285-283=2ث، وهي تفاعل قابل للعكس حيث يظل الحجم ثابتًا قبل وبعد التفاعل، والجزء الذي تفاعل بالفعل لن يؤثر على التفاعل بأي شكل من الأشكال. يمكن اعتبار أي لحظة في عملية التفاعل كلحظة البداية وكلحظة النهاية. 3) ما مقدار تراجع النشاط الإشعاعي لسائل مشع ذو نصف عمر 20 ساعة، عندما يمر بمعدل 0.1 متر مكعب في الساعة عبر مفاعلين متسلسلين من نوع التخليط الكامل بسعة 40 متر مكعب لكل منهما؟ يتبع النشاط الإشعاعي قوانين التفاعل من الدرجة الأولى. إذًا، k = Ln2 / k = 0.693 / 20 = 0.03465 ساعة^-1. أما بالنسبة لمفاعل التفاعل المختلط الكامل، فإن T = CA0 – CAf / (-rA)، وهذا هو المفاعل الأول. 40/0.1 = (CA0 – CAf) / kCA0(1 – XA)، حيث أن XA = 0.9327. في المفاعل الثاني، يظل معدل التحويل 0.9327، وبالتالي فإن المعدل الكلي للتحويل هو: (CA0 – CA0(1 – XA))(1 – XB) / CA0 = 1 – (1 – 0.9327)(1 – 0.9327) = 0.9955. 4) التفاعلات المعقدة في الطور السائل: A + B → P(1) ； A+P------S (2)، التركيزات الأولية هي CA0=2.0 مول/لتر، CB0=4.0 مول/لتر، أما CP0 و CS0 فهما 0. تحدث التفاعل في مفاعل من نوع التفاعل المتقطع، وقد تم قياس التركيزات كالتالي: CA=0.3 مول/لتر، CB=2.4 مول/لتر. فما هي تركيزات P و S؟ باستخدام B كمعيار، ما هو معدل الانتقائية للمادة الأولية B، وما هو معدل الإنتاج؟ 1 الاستهلاك من A = (CB0 - CB) = 4 - 2.4 = 1.6 ； التفاعل رقم 2 يستهلك كمية من المادة A تساوي (2 – 0.3) – 1.6 = 0.1، وبالتالي فإن قيمة Cs تساوي 0.1. أما تركيز المنتج P فيساوي كمية P المتكونة مطروحًا منها كمية P المستهلكة، أي Cp = 1.6 – 0.1 = 1.5. باستخدام B كأساس للحساب، فإن الانتقائية للتفاعل تساوي B = Cp/(CB0 – CB) = 1.5/4 – 2.4 = 0.9375. أما نسبة إنتاج المنتج P فهي Cp/CB0 = 1.5/4 = 0.375. 5) تفاعل تحلل في الطور الغازي من الدرجة الأولى: A → 3P ； يتم إجراء التفاعل في مفاعل أنبوبي ذو درجة حرارة ثابتة، حيث يتكون المادة الأولية من 50% مواد فعالة و50% مواد خاملة، ومدة بقاء المادة داخل المفاعل هي 10 دقائق. يصبح معدل التدفق الحجمي عند مخرج النظام 1.5 ضعف المعدل الأصلي. يُرجى حساب نسبة تحويل المادة A وثابت سرعة التفاعل في هذه الحالة. معامل التمدد SA = 3 – 1/1 = 2، ومعدل التمدد EA = SA * yA0 = 2 * 0.5 = 1.
V = V0(1 + EA * XA)، إذن V/V0 = 1.5، وXA = 0.5.
T = CA0 * f * dXA/(-rA) = f * dXA/(k * (1 - XA)/(1 + XA))، وT = 10، وXA = 0.5، إذن k = 0.08863 لتر/دقيقة

تم تعديل هذا المنشور آخر مرة بواسطة zhanghp30 في تاريخ 2020-1-16 الساعة 10:40، وذلك لإجراء تفاعل أكسدة وإزالة الهيدروجين من البيوتيلين في ظروف درجة حرارة 650 درجة مئوية، وبالتالي إنتاج البيوتاديين، حيث يتم التفاعل وفق المعادلة C4H8(A) → C4H6 + H2. معدل التفاعل هو -rA = kPA · kmol/m3·h. الغاز الأولي عبارة عن خليط من البيوتيلين وبخار الماء، بنسبة مولية 1:1، والضغط التشغيلي هو 0.10133 ميجا باسكال. عند درجة حرارة 650 درجة مئوية، فإن قيمة k تساوي 106.48 كمول/م3·ساعة·ميجا باسكال. نسبة تحويل البيوتيلين تبلغ 0.9، فما هي النسبة المطلوبة للغاز الفارغ؟ T = CA₀·f·dXA/kPA، وPA = CA·RT، وSA = 1 + 1 – 1/1 = 1. إذًا، CA = CA₀·(1 – XA)/(1 + 0.5XA). وبالتالي، T = f·(1 + 0.5XA)·dXA/(kRT·(1 – XA)) = 13.2 ثانية. في التفاعل الذاتي في الحالة السائلة A + P → P + P، فإن -rA = k·CACP. في المفاعل ذو الدورات المتساوية عند درجة حرارة ثابتة، تم قياس معدل التفاعل حيث كان CA₀ = 0.95 مول/لتر، وCP₀ = 0.05 مول/لتر. بعد ساعة واحدة، وصل معدل التفاعل إلى أقصى قيمة، ويجب تحديد ثابت المعدل في هذه الدرجة الحرارة. -rA = kCA*(1-CA)، و d(-rA)/dCA = 0، إذًا CA = 0.5 مول/لتر. أما T فهو يُحسب عبر التكامل: T = -f dCA/k*CA(1-CA). عند استبدال القيمة في المعادلة، نحصل على k = 2.944 لتر/مول·ساعة. تتطلب المسألتان رقم 6 و7 معرفة جيدة بالرياضيات المتقدمة؛ فهذه المسائل بسيطة في وصفها وطريقة حلها، وهي من الأنواع الشائعة في الامتحانات، لذا يجب الانتباه إليها! ٨)*. في مفاعل CSTR، تحدث التفاعلات التالية: 4NH3(A) + 6HCHO(B) = (CH2)6N4(P) + 6H2O(S). حجم المفاعل هو 490 سم³، وسرعة الخلط هي 1800 دورة في الدقيقة. معامل الديناميكا الحيوية للتفاعل هو -rA = kCACB²، حيث K = 1.42×10³×E^-3090/T. تركيز A1 هو 4.06 مول/لتر، وتركيز B هو 6.32 مول/لتر، ومعدل التدفق لكل منهما هو 1.5 سم³/ثانية. درجة حرارة التفاعل هي 36 درجة مئوية. يُراد معرفة تركيزات المادة عند مخرج المفاعل، وهي Caf وCbf. التركيزات عند المدخل هي CA0 = 4.06/2 = 2.03، وCB0 = 6.32/2 = 3.16. إذن، CA = CA0(1-XA)، وCB = CB0 – 3/2CA0. وبالتالي، r*(CA0-CA)/-rA = VR، حيث r = 3 سم³/ثانية. باستخدام القيم المذكورة، نحصل على XA = 0.82، وCA = 0.365 مول/لتر، وCB = 0.663 مول/لتر.

٩)*. في مفاعل الخلط الكامل، تحدث تفاعلات قابلة للعكس: A + B → R + S. معامل التفاعل k1 = 7 م³/كمول·دقيقة، ومعامل العكس k-1 = 3 م³/كمول·دقيقة. معدل تدفق الحجم لكل من A وB هو 0.004 م³/دقيقة. تركيزات A وB في المواد المضافة هي 2.8 كمول/م³ و1.6 كمول/م³ على التوالي. معدل التدفق الكلي VR = 0.12 م³. يُراد معرفة نسبة تحويل B r=0.008 م³/دقيقة، CA0=2.8/2=1.4، CB0=1.6/2=0.8. لنفترض أن معدل تحويل B هو CB=CB0(1-XB)=0.8(1-XB)، وCA=CA0-CB0XB=1.4-0.8XB، وCS=0.8XB=CR-rB=K1CACB-K-1*CRCS=2.56XB²-12.32XB+7.84. كما أن T=VR/r=0.12/0.008=15 دقيقة. وبالتالي، XB=0.75.
10) التفاعل المتسلسل A------P-------S، حيث K1=0.15 MIN⁻¹، وK2=0.05 MIN⁻¹. معدل تدفق المواد الخام هو 0.5 م³/دقيقة، وCA0 غير صفر، بينما CP0=CS0=0. نريد حساب معدل إنتاج P في خزان CSTR بحجم 1 م³. T=1/0.5=2 دقيقة، YP=CP/CA0=K1T/（1+K1T）（1+K2T）=0.21

هذا الجزء هو نقطة ضعفي، سأقوم بطباعته لأدرسه بعناية~~

يبدو أن صاحب الموضوع لم يقدم تلخيصًا حول الاستجابات المعقدة (المتوازية، المتسلسلة).

موجود في الدروس المكررة، أنا مشغول بالعمل، لذا يمكنني فقط حل المسائل من هذا النوع؛ من المحتمل جدًا أن تظهر مثل هذه المسائل في الامتحان! إذا لم تكن تعرف، فاذهب وابحث في الكتب بنفسك.

لقد تعرضت للخسارة في الاختبار السابق في هذا المجال، وهذه المرة سأعوض ذلك