Анализ физико-химический для равновесных процессов

Постановка задачи о расчете и моделировании ионообменного реактора приводит к сложным математическим зависимостям, которые, как правило, являются трудноразрешимыми даже при использовании ЭВМ. Поэтому в настоящее время остается весьма актуальной задача по разработке таких инженерных методов расчета ионообменной аппаратуры, которые позволили бы получить надежные результаты при сравнительно малых затратах. Применяемые в настоящее время равновесные теории, использующие такие понятия, как теоретическая тарелка и высота единицы переноса, не отражают основных физико-химических особенностей процесса ионного обмена. В лучшем случае они демонстрируют лишь принципиальную возможность приближенного расчета ионообменных реакторов с использованием основных положений теории массообменных процессов. Между тем известно, что надежное математическое описание, анализ и расчет подобного рода процессов и аппаратов могут быть осуществлены только на основе неравновесных теорий, учитывающих кинетические закономерности процесса. [c.95]

Подходы к теоретическому рассмотрению равновесных и неравновесных технологий различны (рис. 1.1). Для изучения равновесных технологий используется термодинамический и кинетический анализ физико-химических процессов, для неравновесных — математический аппарат неравновесной химической кинетики. [c.8]

На основе математических методов химической термодинамики можно рассчитывать температурные профили для анализа процессов типа равновесный выход — температура, равновесный выход — тепловые эффекты и другие. Методы химической термодинамики являются теоретической основой для создания математических моделей различных физико-химических процессов процессов испарения и конденсации, кристаллизации и растворения химических промышленных реакций разного типа и сложности, как это было показано в приведенном выше материале. [c.260]

В продуктивном пласте с углеводородными и водными флюидами физические, химические и физико-химические процессы находятся в относительно равновесном состоянии. Начиная с момента вскрытия пласта бурением и в последующем при креплении, перфорации, глушении в призабойной зоне пласта происходят изменения. Наиболее существенно снизить отрицательное влияние фильтратов технологических жидкостей можно добавками катионных синтетических ПАВ. Однако анализ работ [2, 4,9, 38, 39] показывает, что при бурении, в основном, применялись неионогенные и анионные ПАВ. [c.54]

Правило фаз, как наглядно показывают приведенные примеры, дает лишь качественную характеристику равновесной системы. Необходимые же для изучения и теоретического расчета процессов массообмена количественные соотношения компонентов сосуществующих фаз (их составы) в равновесных системах большей частью не поддаются теоретическому расчету, а определяются экспериментальным путем. Для распространенных на практике систем количественные данные о равновесных составах фаз приведены в разных справочниках и специальных руководствах. По этим данным строят в требуемых системах координат диаграммы равновесия, необходимые для анализа и расчета массообменных процессов и аппаратов. Эти диаграммы имеют различный вид в зависимости от физико-химических свойств систем наиболее типичные из них рассматриваются ниже. [c.425]

По мнению М. В. Островского [114], на поверхности раздела фаз существуют участки с равновесным и неравновесным поверхностным натяжением , а разность между последними является движущей силой, поддерживающей существование конвективных ячеек. Положение о существовании участков поверхности, где отсутствует равновесие между фазами, весьма спорно. Возможно, для некоторых физико-химических систем поверхностное сопротивление играет определенную роль. Анализ предложенного им метода определения поверхностной концентрации показал, что исходные положения метода не правильны, в результате чего получен противоречащий опытным данным результат соотношение коэффициентов массоотдачи для каждой из фаз определяется только соотношением объемов фаз и никоим образом не зависит от гидродинамических условий. Причина ошибки заключается в следующем. При рассмотрении нестационарного процесса массопередачи не учитывается, что скорость изменения концентрации в пограничном слое намного больше скорости изменения концентрации в объеме. [c.96]

Монография является уникальным обобщением теоретических основ физико-химического анализа как метода познания процессов, протекающих в физико-химических системах, по зависимости их свойств от состава, температуры или давления. Изложены методы исследования взаимодействия веществ по кривым состав—свойство образуемых ими равновесных систем, содержащих один, два, три и большее число компонентов. [c.2]

Величина свойства равновесной жидкой смеси определяется рядом последовательных процессов, протекающих при смешивании компонентов раствора. Каждый из методов физико-химического анализа регистрирует либо общую совокупность изменений, происходящих в результате всех равновесных жидкообразных процессов, либо лишь одно или несколько из них. Ниже будут рассмотрены основные типы равновесных процессов, протекающих в жидких системах. [c.374]

Применение физико-химического анализа систем (путем построения диаграмм) позволило изучить своеобразие и сложность процесса соосаждения катионов с сульфидами и получить общее представление о характере взаимодействия и тонких превращениях вещества в большом интервале концентраций компонентов. Выяснилось, что при соосаждении соотношения между компонентами в твердой фазе не являются постоянными, а непрерывно изменяются с условиями, определяющими это взаимодействие. Равновесные системы в зависимости от концентрации соосаждающегося компонента находятся в различных состояниях, что геометрически характеризуется соответствующими полями диаграмм. Смещение равновесия в системах в ту или другую сторону зависит от концентрации соосаждающегося второго компонента (фактор равновесия). [c.271]

Как отмечал Б. И. Китаев, и использовал в своих разработках, при математическом описании явлений теплообмена и восстановления между ними можно найти определенную аналогию, связанную с характером погашения потенциалов процессов по высоте слоя. Для теплообмена таким потенциалом является разность температур потоков теплоносителей, а для восстановления — разность действующего и равновесного парциальных давлений восстановителя (в изотермических условиях) или его концентраций (при постоянном давлении). По нашему мнению, эта аналогия полностью соответствует развиваемой в настоящее время методике обобщенного термодинамического подхода к детерминированному описанию сложных обменных процессов (см, гл. 5, п. 5.4), а также [10.3]. Однако это далеко не полная аналогия. Прежде всего, потенциал теплопереноса связан с состоянием обоих потоков, в то время как потенциал восстановительного процесса не зависит от состояния (степени восстановления) железорудного материала. Кроме того, если коэффициент теплоотдачи в уравнении теплообмена сравнительно мало изменяется по высоте слоя, то коэффициент массообмена при восстановлении существенно зависит от степени восстановления материала и, следовательно, будет переменным по ходу процесса. Это отличие объясняется определяющим влиянием диффузионных и химических сопротивлений при восстановлении кускового железорудного материала, тогда как теплообмен в слое обычно лимитирует внешнее сопротивление. Указанные особенности восстановительного процесса, как, впрочем, и других физико-химических процессов, во многом определяют различие результатов теоретического анализа явлений тепло- и массообмена в слое при кажущейся одинаковости их математических моделей. [c.296]

Методы исследования равновесных и неравновесных состояний макроскопических систем существенно различны. Первая группа методов разрабатывается в рамках равновесной статистической физики, или статистической термодинамики. Второй группой методов занимается неравновесная статистическая физика, или статистическая кинетика, которую иногда также называют статистической термодинамикой необратимых процессов или неравновесной статистической термодинамикой. Отметим, что два названных раздела статистической физики к настоящему времени разработаны не в одинаковой степени. Если статистическая термодинамика представляет собой завершенную в целом теорию, то статистическая кинетика еще далека от своего завершения и пока в ней получили развитие в основном те методы, которые основаны на попытках перенесения некоторых идей статистической термодинамики. В связи с этим первая часть книги посвящена изложению методов исследования равновесных состояний макроскопических систем. Этот материал необходим для понимания сущности ряда важнейших методов статистической кинетики, которые используются во второй части книги при теоретическом анализе явлений переноса в процессах химической технологии, [c.45]

Целью физико-химического анализа является исследование соотношения между параметрами равновесного состояния систем. Процессы направленной кристаллизации идут с конечной скоростью и в большей или меньшей степени отклоняются от равновесия. [c.43]

К числу физико-химических диаграмм состав — свойство относятся и диаграммы фазовых превращений. Особенно часто пользуются этими диаграммами для решения вопросов, связанных с важнейшими операциями солевой технологии — с растворением и кристаллизацией солей из водных растворов. Выбор рациональных методов переработки сложных солевых систем (в частности, нри производстве удобрений), оптимальных условий осуществления процессов, состава исходных растворов и определение выхода продуктов значительно облегчаются при использовании равновесных диаграмм растворимости солей. Анализ этих диаграмм позволяет установить и закономерности образования природных солевых залежей, а в некоторых случаях предвидеть не только их состав, но и условия залегания. [c.67]

Зависимость между составом, свойством и состоянием системы наиболее наглядно выражается графически, путем построения равновесных диаграмм состав — свойство. Графические методы физико-химического анализа широко используются в технологии минеральных веществ, в частности для исследования процессов разделения фаз. Кристаллизация солей из водных растворов является важнейшей операцией большинства технологических процессов. Выделение твердых фаз из раствора часто связано с осуществлением циклического процесса, т. е. с возрастом маточных и промежуточных растворов солей в производственный цикл, что вызывает необходимость количественного исследования процессов смешения растворов, растворения солей, высаливания и т. п. Во многих случаях условия совместной растворимости солей определяют технологический режим и обусловливают последовательность отдельных стадий производства, т. е. позволяют теоретически обосновать технологическую схему производственного процесса. [c.7]

Методы построения равновесных физико-химических диаграмм растворимости различаются между собой главным образом способами выражения состава системы, а также применением различных координатных сеток. Подробное описание этих методов обобщено в литературе [2, 3]. Выбор того или иного метода построения диаграммы растворимости зависит прежде всего от графического изображения системы. Диаграммы, применяемые для графических расчетов и анализа технологических процессов, должны обеспечивать достаточную точность вспомогательных построений, а также практические удобства их применения и наглядность изображений. [c.8]

Помимо того что проблема стабильности фаз — проблема чисто термодинамическая, надо отметить следующее. Процессы перестройки структуры кристаллов при не слишком высоких температурах протекают медленно, и из-за кинетических затруднений нелегко отличить случаи стабильного существования неупорядоченных фаз до низких температур от случаев закалки состояний, равновесных лишь при более высоких температурах. Поэтому часто результаты, полученные традиционными метода.ми физико-химического анализа, зависят от истории образцов. На основании же термодинамических данных, полученных при достаточно высокой для надежного достижения равновесия температуре, могут быть рассчитаны или предсказаны свойства и условия стабильности фазы для широкого интервала температур (в том числе для низких температур, при которых велики кинетические затруднения). [c.175]

На первой конференции по физико-химическому анализу в Ленинграде в 1933 г. Н. С. Курнаков с большим интересом отнесся к моему докладу Применение диаграмм плавкости силикатных систем для разработки технологических процессов и похвалил за обильную демонстрацию чертежами диаграмм плавкости двойных и тройных систем силикатов. Тогда уже он спрашивал, считаю ли я возможным применить диаграммы равновесных систем силикатов для рассмотрения процессов, протекающих в неравновесных дисперсных силикатных системах. Получив положительный ответ и пояснение, как я применяю цля этой цели диаграммы плавкости равновесных систем, Николай Семенович одобрил эту работу и пожелал мие успеха в изучении новой области, более трудной и сложной, чем равновесные системы. [c.48]

Растворы из двух жидких компонентов с неограниченной взаимной растворимостью изучаются методами физико-химического анализа по таким свойствам, как давление насыщенного пара и температура кипения. Равновесные диаграммы состав — давление пара и состав — температура кипения имеют большое практическое значение, так как они используются для расчетов процессов перегонки и ректификации. [c.159]

Несмотря на большое значение правила фаз и диаграмм состояния, следует, однако, иметь в виду, что физико-химический анализ большей частью дает картину равновесного состояния системы. Однако время, необходимое для достижения равновесного состояния системы, во многих случаях так велико, что по экономическим соображениям нет смысла добиваться состояния равновесия. В этих случаях технологический процесс заканчивают раньше, чем достигнуто состояние равновесия, и равновесной диаграммой пользуются лишь как указателем той предельной границы, которая может быть достигнута при определенных физикохимических условиях. [c.62]

Анализ диаграммы равновесия, подобный приведенному для аммиачно-содового процесса (стр. 524) и для процессов переработки калийных солей (стр. 430—432), играет в современной технологии солевых производств очень большую роль. При изучении условий переработки природных солей, получения различных синтетических солей, силикатных материалов, металлических сплавов и т. п., физико-химический анализ равновесных водно-солевых систем служит основанием для сознательного расчетного решения ряда практических вопросов и значительно облегчает выбор рациональной схемы производства. [c.527]

В первой части монографии сначала изложены важнейшие результаты приложения метода физико-химического анализа к двойной равновесной системе, в процессе чего выяснена сущность этого метода и его возможности в изучении химической природы вещества. Далее рассматривается химия тройной системы, тройной взаимной системы, четверной и четверной взаимной системы с растворителем. В специальной главе даны примеры успешного применения равновесной химической диаграммы для определения условий синтеза соединений. [c.4]

Определение равновесных или квазиравновесных характеристик высокоэластической деформации имеет большое значение как для предсказания поведения материала при условиях длительного нагружения, так и для анализа структурных изменений, происходящих в ходе определенного физико-химического или технологического процесса. Аппаратурное оформление такого испытания не вызывает затруднений. Соответствующие машины и приборы описаны в отечественной литературе [18]. [c.89]

Анализ рассмотренных выше подходов с точки зрения их адаптации к решению объединенных равновесных и кинетических физико-химических процессов в движущемся массовом потоке показал следующее. [c.40]

В приложении к кристаллизационным методам наиболее информационно емким критерием эффективности очистки является, как известно, коэффициент распределения примеси (k), и практически все исследования в этой области прямо или косвенно связаны с нахождением k. В частности, для физико-химического обоснования процессов кристаллизацион ной очистки особый интерес представляют диаграммы конден сированного состояния систем очищаемое вещество—при месь. Анализ подобной информации позволяет не только пред сказать поведение примесного компонента в процессе кристал лизации, но и во многих случаях полуколичественно оценить эффективность удаления примеси путем определения ее равновесного коэффициента распределения ( о)- [c.116]

Термодинамика — наука, изучающая взаимные переходы теплоты и работы в равновесных сиетемах и при переходе к равновесию. Химическая термодинамика — разде. 1 физической химии, в котором термодинамические методы применяются для анализа химических и физико-химических явлений химических реакций, фазовых переходов и. процессов в растворах. [c.8]

Хроматография — совокупность методов и процессов разделения, анализа и физико-химических исследований смесей растворенных веществ, где используются разделяющая среда (неподвижная фаза) и какой-либо растворитель (подвижная фаза). Основана на различии в скоростях перемещения концентрационных зон исследуемых компонентов в потоке подвижной фазы относительно слоя неподвижной фазы. Обязательным и необходимым условием хроматографического разделения компонентов смесей является различие в равновесном и кинетическом распределениях этих компонентов между фазами, адсорбционная X. — вид хроматофафии, основанный на различной избирательной сорбируемости разделяемых веществ адсорбентом аффинная X. (биоаффинная X., биоспецифическая X., хроматография по сродству) — метод хроматографии, основанный на специфическом взаимодействии разделяемых биологически активных соединений с лигандами, ковалентно связанными с нерастворимыми носителями [c.343]

Значительные усилия были направлены также на то, чтобы на основе физико-химической теории объяснить температурную и концентрационную зависимости коэффициентов диффузии и растворимости. Коэффициент диффузии по существу является константой скорости и может быть интерпретирован в рамках химической кинетики и термодинамики необратимых процессов. Диффузию можно также связать с другими типами скоростных процессов, такими, как диэлектрическая релаксация ияи вязкий поток. Растворимость — это равновесная характеристика системы пенетрант - полимер, которая поддается термодинамическому и статистическому анализам. Некоторые из этих идей оказывались ценными, при условии что был известен механизм переноса газа и пара в мембрану и через нее /10-12/. Инженеры, специализ1фующиеся в области разработки процессов переноса, пока не могут основьшаться ка прогнозах зткх теорий. [c.323]

При изучении твердых металлических сплавов, а также органических жидких систем методами физико-химического анализа обнаруживались фазы, состав которых не подчинялся стехиометрическим законам. Однако эти фазы сохраняли однородность и устойчивость в определенном весовом отношении компонентов. Диаграммы состав—свойство, отражавшие процессы, протекавшие в равновесных системах, показывали для ряда твердых фаз максимум на кривой ликвидус и солидус, в котором соотношение компонентов подчинено законам постоянства состава и простых кратных отношений, а для кривых изменения свойств этих фаз характерны сингулярные (дальтоновские) точки. Этим точкам, по мнению Курнакова, соответствовало образование в системе химических соединений постоянного состава, или дальтонидов. В отличие от последних, Н. С. Курнаков [2], как известно, установил наличие в сплавах бертоллидов, т. е. твердых фаз переменного состава, для которых максимум на кривых свойств или вовсе отсутствует, или же имеется, но не отвечает сколько-нибудь постоянным стехиометрическим отношениям взаимодействующих компонеитов и плавно смещается при изменениях факторов равновесия. [c.191]

В последнее время получил распределение способ изучения ионообменных процессов с помощью физико-химического анализа (метод лучей) с-последующим построением диаграммы типа, состав — свойство (Богатырев, 1968). Диаграмма строится в прямоугольных координатах, отображающих состав водной фазы, ограниченной линией растворимости исследуемых соединений. Фаза ионита описывается равновесньгми значениями коэффициентов распределения а или коэффициентов разделения р, нанесенными в соответствующих точках диаграммы, отражающих составы равновесных растворов (рис. 1—29). [c.94]

Книга посвящена анализу эффектов самоорганизации — возникновения, развития и гибели макроскопических структур в неравновесных открытых физико-химических системах. Рассмотрены аналогии между явлениями самоорганизации и фазовыми переходами в равновесных системах. Кратко обсуждены проблема зарождения турбулентности и динамические модели хаоса. Р1з-ложена теория автоволновых процессов в активных средах. Проанализировано влияние флюктуаций внешних полей на кинетику неравновесных химических реакций. Книга содержит также обзор экспериментального материала по явлениям самоорганизации в различных физико-химических системах. [c.2]

Оба метода — нанесение изосигм на диаграммы изотерм системы MgO—СаО—РгОб—НгО или изоконцентрат по MgO на изотермы системы СаО—РгОб—НгО — позволяют производить физико-химический анализ (при равновесных условиях) процесса кислотной [c.85]

Для успешного решения задач длазмохимического синтеза бинарных оксидных систем на основе 81, В и Ое проведены термодинамический анализ этих систем, калориметрические измерения температурных зон плазменной струи и изучены физико-химические свойства готовых продуктов. Термодинамический анализ равновесного состава парогазовой и конденсированной фаз систем 5102 — ВО и 510, — ОеОа позволил дать предварительную оценку эффективности предлагаемого способа синтеза, поскольку полученные равновесные данные необходимо рассматривать под углом локального термодинамического равновесия (ЛТР), что не всегда может иметь место в условиях реального процесса. [c.38]

Они нашли, что каждой твердой соли в диаграмме соответствует особая поверхность или поле кристаллизации . Положение полей кристаллизации дало наглядную картину последовательного хода кристаллизации при испарении морской воды и рассолов разнообразных озер. Знание строения полей кристаллизации позволяло заранее предсказывать порядок выделения отдельных солей и определять условия образования последних в природе. Имеющийся в настоящее время фактический материал, — писали авторы, — находится в полном соответствии с данными равновесной диаграммы. Это согласие сви-детадьствует с очевидностью, каким могучим и надежным средством является физико-химический анализ для расследования сложных процессов равновесия, совершающихся в природе [17]. [c.179]

Изучение адсорбционных явлений в газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ) представляет непосредственный интерес как в связи с измерением различных физико-химических величин на основе хроматографических данных, так и в связи с аналитическими применениями. При решении этих задач эффекты адсорбции играют в основном отрицательную роль и требуют специального учета или устранения. Заметная асимметрия пиков, наличие хвостов, сильная зависимость времени удерживания от размера пробы, плохая воспроизводимость характеристик удерживания, являющиеся следствием адсорбции сорбата на межфазных границах сорбентов, приводят к большим трудностям при анализе микропримесей веществ и при проведении правильной идентификации компойситоп. в Т() же время алспрбии иные явления могут быть и ряде случаев иснольчовагал нрн г -дО>>ре селекТ 1В-] ых сорбентов, содержащих к к жидкие, так п твердые неподвижные фазы, а также для онреде. еиия равновесных характеристик сорбционных процессов. [c.7]

Нет необходимости подробно останавливаться на роли диаграмм состояния и состав—свойство для создания новых материалов и непрерывного их совершенствования. Г. Г. Уразов очень удачно сравнивал их значение со значением географических карт для мореплавателя. В то же время из приведенных в главах (УП) — (IX) примеров и закономерностей следует, что основа метода физико-химического анализа — диаграмма состав—свойство имеет значение и в области синтеза новых соединений, открытия новых реакций и нахождения наиболее благоприятных условий их проведения. Остановимся на некоторых закономерностях общего характера, в равной мере применимых для равновесно протекающих процессов и реакций необратимого характера. [c.241]

При рассмотрении реакций синтеза в главах VIII и IX неоднократно отмечалось влияние фазовых равновесий и фазовых превращений на процесс протекания реакции. Явления полиморфизма, значение растворимости, характер диаграммы состояния между исходным и промежуточным веществом, явления расслаивания, образование на определенном этапе легкоплавких эвтектик, т. е. все то, что обычно относится к так называемому классическому физико-химическому анализу или изучению равновесных систем, оказывает решающее влияния на протекание синтетической реакции. [c.245]

Таким образом, удалось показать неравновесность характера экосистемы Черного моря по сравнению с Мировым океаном. Поскольку человеческая популяция частично вписывается в черноморскую зону, не исключено, что термодинамическая неустойчивость экосистемьг Черного моря является причиной социальных и природных катаклизмов в Кавказско-Черноморском регионе. Вопрос о степени неравновесности плазмохимических систем является сложной задачей статистической физики. В связи с этим, по степени отклонения равновесного распределения КФС продуктов плазмохимического пиролиза (по свободной энергии) от нормального закона распределения можно судить о степени неравновесности процессов, протекание которых сопровождается огромным числом химических реакций. Поэтому анализ устойчивости и равновенсности таких систем, в зависимости от температуры и других параметров, представляет сложнейшую задачу физики и химии. [c.58]

При химических взаимодействиях в растворах всегда образуются смеси электролитов и присутствуют различные ионы. Одни из них образуются в результате диссоциации сильных электролитов, другие — слабых электролитов. Некоторые ионы вступают в реакцию, при этом образуются новые малодиссоциированные соединения, малорастворимые осадки, комплексные соединения или продукты реакций окисления — восстановления. Таким образом, в процессе титрования растворы представляют собой сложные системы, в которых в ряде случаев имеется несколько химических равновесий, в том числе и автопротолиз растворителя. Концентрация ионов зависит от общего состояния системы в каждый момент титрования. Поскольку состояние системы определяется термодинамическими константами, характеризующими химические равновесия, эти величины могут служить критериями применимости методов. К ним относятся константы диссоциации кислот, оснований, амфолитов (в неводных растворах также константы диссоциации солей), константы автопротолиза растворителей, константы нестойкости комплексов, произведения активностей осадков, окислительновосстановительные потенциалы и т. д. Термодинамические величины характеризуют полноту протекания реакций, а следовательно, и значения равновесных концентраций ионов. Теоретические кривые титрования дают возможность устанавливать, при каких значениях указанных констант кривые кондуктометрического титрования имеют излом, позволяющий найти точку эквивалентности. При этом реакции не обязательно должны протекать практически до конца, так как смещение ионных равновесий происходит в продолжение всего процесса титрования. Поэтому в основу кондуктометрических определений могут быть положены реакции в какой-то мере обратимые, что недопустимо в ряде случаев при использовании классических химических методов и некоторых физико-химиче-ских методов анализа. [c.38]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология