1612729234-f204a36a1e721af405194e29352ad3c1 (827564), страница 25
Текст из файла (страница 25)
3) параметры 3 – 5 – не используются.
Шаг 2. Запись хроматограммы ИРС, применяя параметры
1) выбрать для анализа поток ИРС (параметр 1 равен 0);
2) отбирать пробу в течение 15 с;
3) ввести пробу и установить время записи хроматограммы 35 с;
4) повторить 3 раза (параметр 4 равен 3);
5) параметр 5 не используется.
Шаг 3. Запись хроматограммы КРС, применяя параметры
1) выбрать для анализа поток КРС (параметр 1 равен 1);
2) отбирать пробу в течение 15 с;
3) ввести пробу и установить время записи хроматограммы 70 с;
4) повторить 3 раза (параметр 4 равен 3);
5) параметр 5 не используется.
| | |
После нажатия «Старт выполнения метода» будет установлено значение общего потока 150 мл/мин (или иное, указанное в методе) и выполнены три анализа ИРС и три анализа КРС. Далее эти действия повторяются при ином значении общего потока. Если перед номером шага стоит зелёный квадратик, то данный шаг выполняется, если красный – игнорируется.
Для наблюдения за ходом хроматографического анализа в окне «Измерение и анализ» выбрать вкладку «Запись хроматограммы».
Результаты обработки хроматограмм можно посмотреть, если в окне «Измерение и анализ» выбрать «Автоматический анализ». Должна быть поставлена галочка в окошке «Автопоиск границ пиков» и снята галочка «Считать площадь от базовой линии».
Процедура автоматического анализа СО2 иногда может давать менее точные результаты, чем те, которые получаются при ручном выборе пределов интегрирования. Для анализа одной хроматограммы в ручном режиме нужно нажать кнопку «Анализ хроматограммы» и загрузить хроматограмму.
Если в настройках задан «Автоанализ при загрузке хроматограммы» и «Автопоиск границ пиков», то произойдёт расчёт площадей пиков. Если заданы также калибровочные коэффициенты будут рассчитаны концентраций веществ.
Для самостоятельного выбора пределов интегрирования нужно снять галочку «Автопоиск границ пиков». После этого вид таблицы слева внизу изменится и в ней можно указать желаемые пределы интегрирования.
При выполнении работы К-22 можно ограничиться автоматическим расчётом площадей пиков метана в ИРС и КРС.
Для этого нужно загрузить группу хроматограмм. В окне «Измерение и анализ» выбрать вкладку «Группа хроматограмм» и нажать кнопку «Загрузить хроматограммы».
Записанные хроматограммы по умолчанию сохранены по адресу:
Диск С > Program Files> OXI-1> measurements> ваша папка.
После того как хроматограммы будут выбраны и загружены нужно нажать на кнопку «Анализировать». Результаты появятся в таблице справа вверху. Наиболее важные данные для выполнения лабораторной работы К-22 – площади пиков метана – выделены рамкой.
При выполнении лабораторной работы необходимо измерить концентрацию метана в ИРС и КРС при трёх температурах (450, 430 и 410 С или иных по указанию преподавателя). При каждой температуре нужно выполнить измерения при 3–4 значениях объёмной скорости ИРС (u), выбирая её в пределах 150 – 20 мл/мин таким образом, чтобы степень превращения метана менялась приблизительно от 25 до 70 % (см. табл. 1.1б). Всего будут записаны 3*4*6 = 72 хроматограммы. Поскольку каждая хроматограмма записывается от 35 с (ИРС) до 70 с (КРС), то выполнение экспериментальной части работы К-22, с учетом времени необходимого для промежуточных операций, занимает около 2 часов. По этой причине желательно проводить обработку получаемых данных, не дожидаясь окончания всех опытов.
Первичная обработка данных
На хроматограммах присутствуют пики, относящиеся к кислороду, метану и СО2. Поскольку кислород берётся в достаточно большом избытке и предполагается первый порядок реакции по метану, то для достижения поставленных целей работы достаточно измерить площади пиков метана в ИРС и КРС в зависимости от скорости потока ИРС и температуры реактора. Пересчитывать их в концентрацию метана нет необходимости. Результаты нужно занести в табл. 1а и 1б. Получаемые данные сохраняются программой в папке: Диск (С) > ProgramFiles > OXI-1 > measurements.
Для ускорения выполнения работы рекомендуется вручную заносить данные в табл. 1а по ходу опыта, не дожидаясь окончания записи всех хроматограмм.
Таблица 1а
Площади пиков метана, исходные данные. Т = ______С
| u мл/мин | С0 | C | С0 среднее | C среднее |
После завершения опыта при первой из выбранных температур (Т1) нужно запустить регистрацию при следующей температуре и перейти к обработке данных: заполнить табл. 1б, построить график в программе origin и найти значение константы скорости k1 при температуре Т1. Таким же образом найти константы скорости k2 и k3 при температурах T2 и T3.
Таблица 1б
Результаты опыта при температуре ______С
Результаты опыта при температуре _______ С, Vкат-ра = 1 мл. Значения скорости u указаны ориентировочно. C0 и C – площади пиков метана на хроматограммах ИРС и КРС
| u, мл/мин например | = V/u, с например | С0 | С | ln(C0/C) |
| 150 | 0,4 | |||
| 100 | 0,6 | |||
| … | … |
Расчёт констант скорости и энергии активации
Кинетические данные, полученные в реакторе идеального вытеснения, в случае, когда в ходе реакции не меняется число частиц, обрабатываются по тем же формулам, что и данные, полученные в закрытой системе. Например, для реакции первого порядка справедливо соотношение
Различие в том, что время t нужно заменить временем контакта . Время контакта по определению равно отношению объёма катализатора (мл) к объёмной скорости подачи смеси (мл/с). Реакция полного окисления метана кислородом протекает без изменения числа частиц.
Для нахождения константы скорости первого порядка интегральным методом необходимо построить зависимость ln(C0/C) от времени контакта. Одновременно можно сделать суждение о порядке реакции. Поскольку предполагается первый порядок, то для расчёта константы скорости нет необходимости пересчитывать площади пиков метана в концентрацию.
Расчёт энергии активации по трём значениям константы скорости реакции, измеренной при трёх температурах, несложен.
Нужно заполнить табл. 2 и построить график зависимости ln(k) от 1000/T.
Таблица 2
Таблица для расчёта энергии активации реакции
| T, K | 1000/T | k | ln(k) |
Отчёт о работе К-22 должен содержать:
– дату выполнения работы;
– найденное значение энергии активации;
– сведения о начальной концентрации реагентов и температуре проведения реакции;
– полученные данные в виде табл. 1а, 1б и 2;
– графики, по которым определяли константы скорости;
– график, по которому определяли энергию активации.
Контрольные вопросы к работе К-22
1. Проточные реакторы полного смешения и идеального вытеснения. Время контакта.
2. Реакция без изменения числа частиц в реакторе полного смешения.
3. Реакция без изменения числа частиц в реакторе идеального вытеснения.
4. Схема установки, используемой в работе.
5. Кинетика гетерогенно-каталитической реакции, протекающей по механизму Ленгмюра – Хиншельвуда в закрытой системе при постоянном объёме.
6. Связь наблюдаемой энергии активации с энергией активации поверхностной реакции и теплотой адсорбции, если наблюдаемый порядок реакции равен единице.
Библиографический список к работе К-22
1. Практикум по физической химии НГУ. Химическая термодинамика и кинетика: Учеб.-метод. пособие / В. А. Рогов, А. А. Антонов, С. С. Арзуманов и др. Новосибирск: НГУ, 2019. Ч. 1. Химическая термодинамика..
2. Замараев К. И. Химическая кинетика. Курс лекций: Учеб. пособие. Новосибирск: НГУ, 2004. Ч. 3.
3. Рогов В. А., Окунев А. Г., Воронцов А. В. и др. Химическая кинетика в примерах и задачах: Учеб. пособие. Новосибирск: НГУ, 2011.
4. Экспериментальные методы физической химии. Лабораторный практикум: Учебное пособие / Коллектив авторов под ред. В.Н. Пармона и В.А. Рогова – Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2017.– 408 с.
8.5. Устройство установки ОКСИ–1 и её элементов
Газовый баллон
Стандартные 40- и 10-литровые газовые баллоны, рассчитаны на максимальное давление 150 атм и испытываются на давление 225 атм. Вентили баллонов, открываются поворотом против часовой стрелки (как обычный водопроводный кран). Вентили могут быть двух типов, различающихся по внешнему виду. На баллоне с гелием, а иногда и на баллонах с другими газами, устанавливают вентиль, нижняя часть которого является гайкой, т. е. имеет внутреннюю резьбу. Нижняя часть вентилей второго типа имеет внешнюю резьбу, на которую навинчивается накидная гайка (рис. 8).
|
|
|
Рис. 8. Слева – «гелиевый» вентиль баллонный мембранный ВБМ-1; справа – вентиль кислородный ВК-94
Исправный «гелиевый» вентиль мембранного типа герметичен. Он легко открывается и закрывается одной рукой. Вентили остальных баллонов обычно открывают и закрывают специальным
ключом. Осторожно! Избыточное усилие может привести к поломке вентиля. Герметичность вентиля типа ВК-94, и аналогичных ему,обеспечивается в крайних положениях, когда вентиль закрыт или полностью, до упора, открыт. В промежуточном положении такой вентиль может протекать, а может и не протекать – как повезёт.
Редуктор
| Рис. 9. Внешний вид газового (кислородного) редуктора | Редукторы, устанавливаемые на баллоны – это регуляторы давления, которые поддерживают после себя заданное постоянное давление газа. Редукторы для баллонов с горючими газами имеют левую резьбу, для баллонов с кислородом и инертными газами – правую резьбу. Цвет редуктора для баллонов с кислородом – синий, с водородом – зелёный, для гелия – коричневый. Внешний вид редуктора показан на рис. 9. |
Устройство газового редуктора показано на рис. 10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
