ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Экспериментальная феноменологическая кинетика из "Построение математических моделей химико-технологических объектов" Это направление кинетики базируется на экспериментальном изучении реакции. Одной из основных задач экспериментальной кинетики является подбор функций г, удовлетворительно аппроксимирующих результаты опытов при различных концентрациях реагентов, давлениях и температурах. В уравнения кинетики (I. 1) включают такие переменные, которые можно наблюдать (измерять) при проведении эксперимента (термин феноменологический можно трактовать как наблюдаемый ). [c.12] Феноменологическая кинетика имеет ряд разделов, в которых учитываются различные физические процессы, происходящие одновременно с химическим превращением и влияющие на скорость реакции. Укажем основные процессы, сопутствующие химическому превращению. [c.12] В жидкофазных гетерогенных реакциях число стадий может быть менее пяти, в гомогенных — всего одна. Перечисленные стадии, за исключением диффузионных, имеют химическую природу. [c.12] Наблюдаемая скорость превращения равна скорости наиболее медленно проходящей стадии. Стадия с наименьшей скоростью процесса называется лимитирующей. Дальнейшая классификация разделов феноменологической кинетики осуществляется по типу лимитирующей стадии. [c.12] Кинет 1ка химических реакций. Предполагается, что лимитирующей стадией сложного химического процесса является непосредственное превращение одних веществ в другие. Основная задача кинетики химических реакций заключается в установлении зависимости скорости превращения от концентраций, давления и температуры. В кинетике химических реакций не учитывается влияние сопутствующих адсорбционных и диффузионных процессов на скорость превращения веществ. [c.12] Уравнения кинетики простых и сложных химических реакций имеют некоторые различия, поэтому будем рассматривать их отдельно. [c.13] Коэффициент Иг показывает, сколько молекул вещества С( участвует в реакции. Существует бесконечное число наборов [ц, удовлетворяющих выражению (1.2), поэтому в качестве стехиометри-ческих коэффициентов принято рассматривать наименьщие целочисленные значения [г . [c.13] Уравнение (1.4) справедливо для реакций, которые протекают в идеальных газовых смесях и механизм которых состоит из одного элементарного акта превращения. Однако опытным путем было установлено, что уравнение Аррениуса с достаточной для практики точностью аппроксимирует зависимость скорости реакции от температуры также для реакций с более сложными механизмами. [c.13] Зависимость (I. 5) написана на базе основного постулата химической кинетики — закона действующих масс [2], который утверждает, что скорость реакции зависит от частоты столкновений молекул веществ С], С2,. .., С и, следовательно, от их концентраций. [c.14] Для реакций, истинные механизмы которых содержат более одного элементарного акта превращения, применение основного постулата химической кинетики строго не обосновано. Так как к числу таких реакций относится большинство гомогенных и все гетерогенные химические процессы, то уравнение (1.5) следует рассматривать как аппроксимирующее выражение, удовлетворительно описывающее наблюденные данные. Это уравнение, естественно, не учитывает истинного механизма реакции и поэтому называется уравнением формальной кинетики [2, 3]. При составлении его используется принятый механизм реакции. [c.14] Простые реакции классифицируются по числу исходных веществ на одномолекулярные (реакции распада или изомеризации), би- и тримолекулярные. Другой признак классификации — порядок реакции V. Различают реакции целого (нулевого, первого, второго. [c.15] Примеры уравнений кинетики некоторых сложных реакций приведены в табл. 1.2. [c.17] В общем случае нахождение аналитических решений уравнений кинетики сложных реакций вызывает значительные трудности, особенно при дробных порядках. Правые части уравнений (1.8) непрерывны вместе с первыми частными производными и удовлетворяют условиям Липшица, поэтому решение системы (1.8) суще-ствует единственно и устойчиво для любого набора начальных концентраций Сг(0). [c.17] Макроскопическая кинетика. Макроскопическая кинетика изучает процессы образования вещества, в которых наряду с химическими реакциями учитываются явления диффузии или адсорбции. Иначе говоря, в макроскопической кинетике рассматриваются многостадийные гетерогенные процессы, у которых скорости химических превращений и диффузионных или адсорбционных явлений соизмеримы. [c.17] В диффузионной кинетике исследуют химические процессы, уделяя особое внимание закономерностям проникновения молекул реагентов в поры твердого вещества (внутренняя диффузия), выравнивания концентраций по объему жидкости или газа (внешняя диффузия) и влиянию скорости диффузии на скорость химического превращения. [c.17] В зависимости от соотношения величин скоростей диффузии и химической реакции различают три области протекания процесса диффузионную, кинетическую и промежуточную. [c.17] В диффузионной области лимитирующей стадией является диффузия молекул реагентов, а общая скорость гетерогенного процесса равна скорости диффузии. [c.17] Переход вещества С из одной фазы в другую осуществляется за счет молекулярной и конвективной диффузии. [c.17] Скорость молекулярной диффузии дс прямо пропорциональна градиенту концентрации вещества С в направлении оси х, перпендикулярной поверхности раздела фаз, т. е. [c.17] Отношение /3/6 (6 — толщина пограничного слоя) называется коэффициентом массопередачи, или копстантой скорости диффузии кн. Эта константа используется для сравнения скорости диффузии со скоростью химических превращений. [c.19] Вернуться к основной статье