Course: Kinetika a reaktorové inžinierstvo

Topic outline

General
General
Hlavné témy predmetu:
1. Triedenie chemických reakcií. Triedenie chemických reaktorov.
2. Základné pojmy a definície. Látkové charakteristiky reagujúcich sústav. Rýchlosť reakcie a rýchlosť vzniku jednotlivých zložiek.
3. Látková bilancia, zmeny zloženia vo vsádzkových a prietokových reaktoroch pri jednoduchých a zložitých reakciách.
4. Rýchlostné rovnice pre jednoduché homogénne reakcie - elementárne a neelementárne.
5. Rýchlostné rovnice pre zložité reakcie, mechanizmus reakcie a kinetické rovnice
6. Kinetika katalyzovaných reakcií
7. Vplyv teploty na rýchlosť reakcie - Arrheniova rovnica, teória aktivovaného komplexu.
8. Ideálny vsádzkový reaktor - látková bilancia, projektová rovnica, rovnice integrálnej premeny.
9. Priestorový čas. Reaktor s piestovým tokom, projektová rovnica, rovnice integrálnej premeny.
10. Prietokový reaktor s dokonalým miešaním, projektová rovnica, rovnice integrálnej premeny.
11. Kaskáda prietokových reaktorov s dokonalým miešaním.
12. Vyhodnotenie izotermických kinetických údajov pre homogénne reakcie.
13. Získavanie kinetických údajov. Vyhodnotenie kinetiky jednoduchých reakcií - diferenciálne metódy, integrálne metódy, nelineárna regresia.
14. Získavanie kinetických údajov. Vyhodnotenie kinetiky zložitých reakcií.
15. Výpočet izotermických reaktorov pre jednoduché reakcie.
16. Výpočet objemu, špecifický výkon.modelové reaktory.
17. Výpočet izotermických reaktorov pre zložité reakcie.
18. Selektivita a výťažok. Paralelné reakcie, následné reakcie, iné typy zložitých reakcií.
19. Neizotermické reaktory. Energetická bilancia. Ideálny vsádzkový reaktor - entalpická bilancia, adiabatický, s výmenou tepla.
20. Neizotermické reaktory. Reaktor s piestovým tokom.
21. Neizotermické reaktory. Prietokový reaktor s dokonalým miešaním - výpočet ustálených stavov.
Doporučená učebnica: Ján Ilavský a kol.: Aplikovaná chemická kinetika a teória reaktorov

Vypracované zadania treba poslať najneskôr deň pred ďalším cvičením.

Linky:

internetchemistry. com

virtual chemistry experiments

flash chemistry learning

chemical kinetics tutorial

fundamentals of chemical kinetics
Topic 1
Topic 1

Vyjadrenie rôznych veličín, používaných v materiálovych bilanciách, pomocou rozsahu reakcie, stupňa premeny i-tej zložky a stupňa premeny kľúčovej zložky

Kapitoly 1 až 3 v učebnici.
Topic 2
Topic 2

Stechiometria, bilančné výpočty pre reaktory

Základné súvislosti medzi veličinami vyjadrujúcimi stechiometriu.

-Rozklad fosfínu

-Beckmannov prešmyk

-Syntéza metanolu

Podobné príklady v učebnici: 4.1, 4.3, 4.5, 4.6, 4.7
Topic 3
Topic 3
Určenie reakčného mechanizmu a rýchlostnej rovnice pre nukleofilnú substitučnú reakciu

Návrh a overenie reakčného mechanizmu na základe experimentálnych dát.

-Treba overiť a potvrdiť reakčný mechanizmus nukleofilnej substitúcie a určiť rýchlostnú rovnicu.

Podobné príklady v učebnici: 5.1 až 5.5

Na simuláciu experimentálnych údajov použite program simkin.exe.
- 3a. Nukleofilná substitúcia Assignment
- Inštalácia simkin.exe File
- Zadania Nukleofilná substitúcia 2020 File
- Simkin pre Windows File
- Inštalácia v Win verzie simkinu File
  pre prípad, ak na PC nie je nainštalovaný .NET Framework
Topic 4
Topic 4

Vsádzkové reaktory, určenie základných kinetických parametrov

Základné kinetické výpočty pre ideálny vsádzkový reaktor.

-Výpočet parametrov Arrheniovej rovnice pre esterifikáciu

-Určenie rýchlostnej konštanty rozkladu diazobenzénchloridu

-Sledovanie kinetiky oxidácie NO

-Výpočet reakčného času pre reakciu 1.poriadku

kapitoly 6.1, 6.2 a 8.1 v učebnici
Topic 5
Topic 5

Návrh rýchlostných rovníc, výpočty na základe rovnice integrálnej premeny

Výpočty na základe rýchlostných rovníc a rovníc integrálnej premeny

-Sledovanie kinetiky vratnej reakcie

-Výpočet tlaku v reaktore na základe rovnice integrálnej premeny

-Určenie rýchlostnej konštanty z polčasov reakcie

-Výpočet rýchlostnej konštatnty pre reakciu pseudoprvého poriadku v prietokovom reaktore

Kapitoly 6.1, 6.2 a 8.1 v učebnici
Topic 6
Topic 6

Určovanie parametrov rýchlostnej rovnice diferenciálnou a integrálnou metódou, výpočet výkonu reaktora, reakcie v nekonštantnom objeme alebo hustote

-Výpočet rýchlostnej konštanty na základe zmien elektrickej vodivosti

-Výpočet rýchlostnej konštanty na základe zmien hmotnostných koncentrácií

-Výpočet rýchlostnej konštanty a poriadku reakcie pre izobarický reaktor s nekonštantným objemom

-Overenie platnosti rýchlostnej rovnice pri nekonštantnej hustote reakčnej zmesi a výpočet výkonu reaktora
-Výpočet aktivačnej energie z polčasov reakcie pri nečeločíselnom poriadku reakcie
Podobné príklady v učebnici 7.1 až 7.7
Topic 7
Topic 7

Reaktor s piestovým tokom

-Výpočet potrebného objemu pre rôzne stupne premeny

-Výpočet reaktora pre vratnú reakciu

-Porovnanie reaktorov pre reakcie prvého a druhého poriadku

Podobné príklady v učebnici: 6.2, 8.3, 8.4
Topic 8
Topic 8

Prietokové reaktory s dokonalým mešaním

-Výpočet prietokového reaktora s dokonalým miešaním, v ktorom prebieha autokatalytická reakcia

-Určenie parciálneho poriadku rekcie v prietokovom reaktore s dokonalým miešaním

-Kombinácia prietokového reaktora s reaktorom s piestovým tokom

Podobné príklady v učebnici: 6.3, 8.3, 8.7, kapitola 6.5
Topic 9
Topic 9

Kaskády prietokových reaktorov s dokonalým miešaním

-Určenie poriadku reakcie a rýchlostnej konštanty z experimentálnych údajov nameraných na kaskáde

-Výpočet koncentrácií pre reakcie nultého, prvého a druhého poriadku na kaskáde

-Optimalizácia výkonu kaskády

--Výpočet kaskády s členmi s rôznymi objemami

Podobné príklady v učebnici: 6.4, 6.5
Topic 10
Topic 10

Kombinácie a porovnanie rôznych reaktorov

-Rozklad katalytického jedu v rôznych typoch reaktorov

-Porovnanie reakčných časov v rôznych reaktoroch pre reakcie prvého a druhého poriadku

-Zámena prietokového reaktora s piestovým tokom za dokonale miešaný prietokový reaktor

-Kombinácia dokonale miešaného prietokového reaktora a pritokového reaktora s piestovým tokom

-Porovnanie reakčných časov pre vratnú reakciu v rôznych reaktoroch

Podobné príklady v učebnici: 8.1 až 8.7
Topic 11
Topic 11

Katalyzované reakcie

-Určenie rýchlostných rovníc a reakčných mechanizmov katalyzovaných reakcií.

kapitola 5.1.2 v učebnici
- 11a. Výpočet parametrov katalyzovanej reakcie Assignment
Topic 12
Topic 12
Výpočet neizotermických reaktorov

-Porovnanie chladeného a nechladeného reaktora

-Výpočet teplotného a koncentračného profilu pre exotermickú reakciu

Podobné príklady v učebnici: 11.1 až 11.9
Topic 13
Topic 13

Optimalizácia výkonu a nákladov na reaktory. Zložené reakcie

-Výpočet maximálneho špecifického výkonu a minimálnej jednotkovej ceny produktu

-Riešenie sústavy kinetických rovníc pre paralelné a následné reakcie metódou Runge-Kutta

Podobné príklady v učebnici: 9.1 až 9.3
- 13a. Kombinácia následných a paralelných reakcií Assignment
- 13b. Následné reakcie Assignment