Esercizio 3.1

Testo

Determinare per le reazioni riportate di seguito la costante di reazione k per tutte le specie coinvolte nella reazione. Assumere che il valore della k_A sia di 25 con le appropriate unità di misura.

Per la reazione 2A + B C la cinetica è -r_A=k_A C_A²C_B.

Per la reazione ½ A + 3/2  B C la cinetica è -r_A= k_A C_AC_B.

Per la reazione catalitizzata da un solido  4 A + 5 B 4 C + 6 D la cinetica è -r'_A= k_A C_A²C_B.

Per la reazione omogenea in fase gas CH₄ + 3/2 O₂ HCOOH + H₂O che relazione c'è tra r _CH4 e r _O2?

Soluzione

2A + B C

Unità di misura:

Sia:

Relazione che esiste tra le velocità relative:

½ A + 3/2  B

Unità di misura:

Sia: r_A= -k_A C_AC_B

Relazione che esiste tra le velocità relative:

4 A + 5 B 4 C + 6 D

La reazione è catalizzata da un solido

Unità di misura:

Sia: r'_A= -k_A C_A²C_B

Relazione che esiste tra le velocità relative:

CH4 + 3/2 O2 HCOOH + H2O

Per la reazione omogenea in fase gas CH₄ + 3/2 O₂ HCOOH + H₂O si ha che:

Esercizio 3.2

Testo

La reazione in fase gas  ½ N₂ + 3/2 H₂ NH₃ viene condotta isotermicamente. La carica molare è del 50% H₂ e 50% N₂ alla pressione di 16.4 atm e 227°C.

1. Costruire al tabella stechiometrica
2. Calcolare C_a0,  ed .
3. Calcolare la concentrazione di NH₃ ed H₂ se la conversione di H₂ è del 60%.
4. Supponendo che la reazione sia elementare con k_N2 = 40 dm³ / mol / s, scrivere la velocità di reazione in funzione della sola conversione per (i) un sistema a flusso e (ii) per un batch a volume costante.

Soluzione

½ N₂ + 3/2 H₂ NH₃

Per una mole di N₂ servono 3 moli di H₂ . Quindi poiché si ha che l'H₂ è il reagente limitante.

Sia    A=H₂

B=N₂

C=NH₃

Quindi si che la reazione può essere descritta: e moltiplicando tutto per 2/3

Considero un sistema a flusso

P = 16.4 atm 

T = 227°C = 500 K 

R = 0.0825 dm³ atm/mol K

Se la conversione dell' H₂ è X_A=60%, posso calcolare le concentrazioni dell' H₂ e dell' N₂

Per un reattore a flusso si ha che la concentrazione per specie i-esima è:

La portata volumetrica non è costante:

Poiché il reattore è isotermo e le perdita di carico trascurabili si ha che:

Dunque:

Poichè la reazione è elementare e k_N2 = 40 dm³ / mol s allora si ha:

Considero un batch a volume costante

P = 16.4 atm 

T = 227°C = 500 K 

R = 0.0825 dm³ atm/mol K

Se la conversione dell' H₂ è X_A=60%, posso calcolare le concentrazioni dell' H₂ e dell' N₂

Per un reattore batch si ha che la concentrazione per specie i-esima è:

Il volume è costante:

Poichè il reattore è isotermo e le perdita di carico trascurabili si ha che:

Poichè la reazione è elementare e k_N2 = 40 dm³ / mol s allora si ha: