ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные понятия химической кинетики из "Новый справочник химика и технолога Процессы и аппараты Ч1" К основным понятиям, на которых строится теория химических реакций и химическая кинетика, относятся такие понятия, как механизм или схема химической реакции, гомогенность и гетерогенность, гомофазность и гетерофазность химической реакции и реакционного процесса в целом, а также понятия открытой и замкнутой системы (см. 20.1.1). [c.56] Важнейшей ко шчественной характеристикой протекания химической реакции во времени является скорость реакции. Понятие скорости реакции характеризует количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции в единицу времени. Для гомофазного химического процесса, идущего при постоянном объеме, скоростью процесса по некоторому компоненту называется изменение концентрации этого компонента в единицу времени. Если же в процессе реакции происходит изменение объема реагирующей системы, то концентрация вещества оказывается связанной в этом слз ае не только с числом актов химического превращения, но и с тем, по какому закону изменяется объем системы. В общем слзд1ае это изменение может осуществляться произвольным образом. Эти вопросы изложены в 20.1.2. [c.56] 3 введено понятие кинетического уравнения, то есть уравнения, описывающего зависимость скорости химического процесса от концентрации компонентов реакционной смеси. Для подавляющего большинства химических процессов скорость реакции может быть представлена в виде произведения концентрации реагентов в соответствующих степенях, называемых порядком реакции по соответствующему веществу. [c.56] Еще одним из важнейших понятий химической кинетики является понятие энергии активации (см. 20.1.4), которая характеризует температурную зависимость скорости химической реакции в соответствии с законом Аррениуса. [c.56] Теория переходного состояния (другое название — теория активированного комплекса) является в настоящее время основной моделью химического взаимодействия. [c.56] Элементарным актом химического превращения является превращение исходной или промежуточной частицы при ее непосредственном взаимодействии с другими частицами, приводящее к изменению ее химического строения. Перестройка частиц реагентов в частицы продуктов может происходить в один элементарный акт или путем нескольких последовательных элементарных актов. Сложная реакция состоит из нескольких (нередко из большого числа) элементарных стадий, связанных друг с другом определенным образом через исходные вещества и промежуточные продукты. Механизм сложной реакции можно представить в виде схемы элементарных процессов. [c.57] Основы теории переходного состояния (теории активированного комплекса) для простых реакций рассматриваются в 20.2. Теория переходного состояния строится на основе молекулярно-кинетической теории, а также использует элементы квантовой механики, поэтому для освоения этого раздела химической кинетики желательно знакомство с соответствующими разделами физики. [c.57] Кинетика сложных реакций и различные варианты схем химических процессов, кинетические уравнения и аналитические решения рассмотрены в 20.3. [c.57] В ряде случаев скорость поверхностных реакций определяется специфическими явлениями, связанными с образованием новой фазы, такими как скорость образования зародышей новой фазы (скорость нуклеации). Гетерогенные и гетерогенно-каталитические реакции, то есть реакции, происходящие на границе раздела фаз, рассмотрены в 20.4. [c.57] В гомогенных реакторах процесс протекает в одной фазе и не сопровождается фазовыми переходами. Отсутствие переноса вещества или энергии через границу раздела фаз является основным признаком гомогенных процессов. При этом совсем не обязательно, чтобы реактор содержал только одну фазу. [c.57] Гетерогенные реакторы отличаются тем, что в них происходит межфазный обмен веществом и (или) энергией. Наиболее распространенными являются гетерогенные реакторы для систем газ— твердое вещество, газ— жидкость и для трехфазных систем. [c.57] Одной из важнейших характеристик гетерогенных реакторов является структура реакционной фазы. Реакция может протекать в сплошной или дисперсной фазе, а также в обеих фазах одновременно. Обычно работу реактора стараются организовать так, чтобы реакции протекали в сплошной фазе. Это позволяет лучше использовать реакционный объем и облегчает регулирование процесса. [c.57] Систематизация основных конструкций химических реакторов приведена в разделе 21. Учитывая огромное разнообразие химических процессов и способов их реализации, требований к товарному (конечному) продукту, при проектировании химического реактора необходимо использование (в той или иной мере) всего объема современных знаний, изложенных в Справочнике, с привлечением данных по смежным дисциплинам. [c.57] Структура математической модели любого процесса химической технологии, в котором происходит перемещение жидкости и газов, определяется, прежде всего, гидродинамическими параметрами потока движущейся среды. Гидродинамические параметры проявляются в характере распределения времени пребывания частиц потока в рассматриваемой системе. Этот характер распределения основан на статистических закономерностях и выявляется по виду сигнала, проходящего через систему. [c.57] Функция распределения частиц по времени пребывания является важнейшей характеристикой химического реактора. В ряде случаев от функции распределения зависят селективность процесса по целевому продукту, конверсия сырья, а также устойчивость или параметрическая чувствительность процесса. [c.57] При проведении химических процессов исходные продукты на различных стадиях, кроме стадии собственно химического превращения, подвергаются смешению, участвуют в процессах растворения, переноса в зону реакции, нагреваются и т. д. Подавляющее большинство химико-технологических процессов происходит в несколько стадий, но, как правило, одна из стадий является самой медленной и определяет скорость всего процесса. Поэтому выявление и интенсификация лимитирующих стадий является важной задачей при разработке и проекпфовании химико-технологического процесса и, в частности, химического реактора. Понятие лимитирующей стадии химико-технологического процесса изложено в 21.3.1. [c.58] В гомогенных процессах не происходит переноса вещества или энергии через границу раздела фаз, поэтому в математической модели реактора для проведения гомогенных процессов отсутствует межфазный тепло- и массоперенос. В то же время модели реакторов этого типа, основные уравнения, методы использования безразмерных переменных и параметров и т. п. применяются также для анализа процессов и проектирования реакторов других типов. [c.58] Математическая запись уравнения материального баланса в значительной степени определяется природой исследуемой системы, в частности гидродинамической моделью реактора. Для большинства систем материальный баланс реактора описывается системой дифференциальных уравнений. [c.58] Материальный баланс реактора подробно изложен в 21.3.2. [c.58] При строгом подходе нужно учитывать все формы энергии тепловую, механическую, энергию внешних полей и др. В большинстве случаев, однако, энергетический баланс системы, в которой протекает химическая реакция, определяется тепловой и механической энергией. [c.58] Вернуться к основной статье