Диффузия, реакция и время пребывания

При недостаточной турбулентности потока в реакторах вытеснения возникает разница во времени пребывания реакционной смеси по поперечному сечению аппарата. При ламинарном потоке профиль скоростей по сечению реактора является параболическим с максимумом скорости в вершине параболы, превышающей вдвое среднюю скорость скорость постепенно уменьшается по направлению к стенке, у которой она равна нулю. Несмотря на то что среднее время пребывания смеси в аппарате при параболическом профиле скоростей такое же, как и при равномерном профиле" , степени превращения в обоих случаях неодинаковы. Более продолжительное время пребывания некоторых молекул в реакторе не всегда компенсируется менее продолжительным временем пребывания других молекул. Кроме того, положение усложняется наличием диффузии. Вследствие более длительного времени пребывания у стенок образовавшиеся там продукты реакции обладают сравнительно высокой концентрацией и диффундируют к центру реактора, в то время как исходные веш,ества [c.150]

Переход от ламинарного режима к турбулентному оправдан только в том случае, когда скорость реакции определяется массообменом. Время пребывания газа в реакторе зависит от скорости подъема пузырей. Его можно продлить, увеличивая высоту подъема, но в таком случае меняется продольная диффузия и распределение времени пребывания. [c.360]

Следовательно, при больших скоростях режим работы реактора приблизится к идеальному вытеснению, т.е. роль продольной диффузии будет уменьшаться. В этом случае длину реактора Ь можно рассчитать, сравнивая время пребывания в реакторе т=Ь/У с характерным временем реакции т . [c.150]

Использование изменения соотношения объемов фаз в качестве критерия осложняется необходимостью того, чтобы реакция полностью протекала в одной фазе. Если отношение, при котором реак-( ия протекает в двух фазах, остается постоянным, можно изменять время пребывания в реакторе с целью проверки кинетической модели. Если процесс контролируется химической кинетикой, подстановка измеряемых скоростей в уравнение скорости реакции позволяет вычислить константу скорости. Однако меняющаяся кажущаяся константа скорости не всегда говорит о процессе, контролируемом диффузией. В случае нитрования, например, доля реакции в органической фазе, вероятно, возрастает с увеличением степени превращения, так как в присутствии нитросоединений увеличивается растворимость азотной кислоты в органической фазе. Однако, Вильсон [311, применивший этот критерий, смог показать, что возрастание доли реакции в органической фазе, которое было необходимо принять для того, чтобы полученные результаты удовлетворяли принятой модели, выходи.ло за пределы возможностей процесса, контролируемого диффузией. [c.375]

Таким образом, в заданных условиях при й > 24 см и > 240 см радиальная и продольная диффузии не оказывают влияния на время пребывания молекулы в зоне реакции (ламинарный режим). [c.91]

Розенталь и Денисова [12] рассмотрели особенности каталитических реакций первого порядка в импульсном хроматографическом режиме работы реактора с учетом диффузии молекул газа в поры катализатора. Диффузия в сочетании с химической реакцией уменьшает среднее время пребывания непрореагировавших молекул в реакторе и ширину пика. [c.133]

При нелинейной изотерме изменение концентраций влияет на время пребывания молекул в реакторе. Так, если изотерма выпуклая, то уменьшение концентраций в импульсе для реакции 1-го порядка будет увеличивать степень превращения. Если изотерма адсорбции вогнута, то уменьшение концентраций будет сопровождаться уменьшением времени пребывания, что приведет к уменьшению степени превращения. Современная теория этого вопроса, к сожалению, настолько не разработана, чтобы можно было количественно рассматривать описанные выше процессы без использования вычислительных машин. Особое место занимают линейные системы (имеются в виду простые реакции первого порядка с диффузией и кинетикой сорбции, описываемой линейными уравнениями). В этом случае существенная часть различий между стационарными и нестационарными процессами стирается и становится возможным их детальный анализ. [c.194]

Пульсация и наличие распределительных тарелок удлиняют путь и время пребывания компонентов в колонне. Кроме того, при пульсации выщелачиваемая пульпа перетекает с тарелки на тарелку, не отстаиваясь, не задерживаясь и не создавая плотного слоя. За счет распределительных свойств насадки пульпа и реагенты равномерно распределяются по сечению и высоте, что исключает возможность образования застойных зон или проскоков . Твердые частицы пульпы, подвергаемые выщелачиванию, взвешены в окружающем растворе и вся внешняя поверхность их доступна для контакта. Вследствие этого скорость процесса определяется в основном кинетикой внутренней диффузии и временем, необходимым для протекания химической реакции. Благодаря хорошему перемешиванию можно наладить интенсивный теплообмен между стенками аппарата и реакционной массой. Пульсационная колонна с распределительными тарелками может работать в прямоточном и в противоточном режимах. [c.207]

При расщеплении молекулы на ионы последние вначале находятся в единой сольватной оболочке — в клетке из молекул растворителя. Две частицы, ранее находившиеся в растворе раздельно, могут оказаться в одной клетке также в результате диффузии. В такой клетке и протекает химическая реакция между веществами в растворе. Время пребывания частиц в клетке —10 с. Если за это время реакция не осуществляется, то частицы успевают выйти из клетки в объем растворителя. [c.230]

Ввиду того, что выявить, как раздельно влияют на коксообразование те или иные факторы, очень сложно, большой интерес представляют сведения о зависимости скорости коксообразования от селективности процесса пиролиза. Для этого проведено сравнение режимов работы зарубежных печей одинаковой мощности при длительном межремонтном пробеге (свыше 100 сут). Отмечено, что при эксплуатации печей с длительным временем пребывания сырья в реакционной зоне змеевика, построенных до 1960 г., и сооруженных позднее других печей, имеющих более короткое время пребывания сырья (менее 0,3 с), селективность процесса несущественно отражалась на скорости образования кокса. На основании этого сделано заключение коксообразование является главным образом результатом реакции разложения углеводородного сырья на стенках змеевика, но для ее протекания необходим переход предшественников кокса из ядра потока сырьевого газа к внутренней поверхности змеевика. При сравнительно низких температурах сырья общая скорость коксообразования является функцией скорости реакции, зависящей от температуры стенок реакционной зоны змеевика. При более высоких температурах сырья скорость процесса определяется скоростью диффузии реагирующих веществ из объема потока к поверхности змеевика. [c.208]

Скорость реакции комплексообразования сравнима со скоростью электромиграционного переноса. В динамической равновесной системе (4.1) металл переходит из одной ионной формы в другую. Время пребывания центрального атома Ме в каждой из форм беспорядочно флюктуирует вследствие действия различных причин изменения сольватации, межионных сил или свойств среды. Если время жизни хотя бы одной из ионных форм достаточно велико, то наложение электрического поля приведете тому, что флюктуации во времени жизни частиц вызовут появление флюктуаций величины перемещения по направлению приложенного поля. Это беспорядочное движение, вызванное действием поля во время сравнительно медленного перехода частиц из одного состояния в другое, приводит к эффекту, аналогичному простой диффузии, и может быть названо поэтому электродиффузией [165]. Скорость электродиффузии определяется коэффициентом электродиффузии, величина которого непосредственно связана со скоростью перехода металла из одной ионной формы в другую. [c.82]

В предположении о наличии лимитирующей стадии могут быть выведены расчетные зависимости для одиночной твердой частицы, обтекаемой потоком газообразного реагента, связывающие между собой время пребывания т твердой частицы радиусом К в зоне реакции и глубину ее превращения. При протекании процесса во внешнедиффузионной области (лимитировании со стороны сТадии конвективной диффузии) эта зависимость имеет вид [c.654]

Если время пребывания газа в зоне катализа недостаточно для диффузии аммиака к поверхности катализатора, то реакция ие доходит до конца, аммиак частично проходит через слой катализатора и реагирует далее в объеме с окислами азота, образуя различные соединения азота и элементарный азот. [c.350]

Для полимеризации, протекающей в реакторах с радиусом КЖкр, конверсия мономера в ходе реакции обычно не достигает 100%. Увеличение коэффициента турбулентной диффузии в несколько раз, в том числе и за счет увеличения скорости движения потоков, приводит к заметному росту глубины превращения мономера, несмотря на то, что при этом сокращается время пребывания сырья в зоне реакции (длина зоны реакции Ь постоянна) (рис. 3.16, крргвая 2). [c.153]

Кубовые реакторы близки по своим характеристикам к модели идеального смешения. Реальные трубчатые реакторы, наоборот, обладают существенными отклонениями от теоретической модели. Известно, например, что поршневое течение жидкости в трубе практически невозможно как при ламинарном, так и при турбулентном течении скорость жидкости в различных точках сечения потока неодинакова. Частицы жидкости в центре трубы движутся значительно быстрее, чем частицы, находящиеся вблизи стенки. Это нарушает условие равенства времени пребывания различных частиц в аппарате и влияет на поле концентраций в нем. Кроме того, модель идеального вытеснения не учитывает молекулярную и конвективную диффузию веществ в направлении потока (продольное перемешивание), уменьшающие средние концентрации реагирующих веществ и среднюю скорость реакции. Вследствие этого время реакции и необходимый объем реактора увеличиваются. Несмотря на эти отклонения, модель идеального вытеснения весьма полезна для расчета и анализа работы реакторов. [c.244]

Продольная (осевая) диффузия приводит к изменению скоростей частиц вдоль реактора. Время прохождения отдельной частицы в зависимости от направления диффузионного потока либо сокращается, либо увеличивается. Вероятность изменения времени пребывания частицы приводит к появлению в расчетных зависимостях добавочного члена. При обычных значениях коэффициентов диффузии (так называемая умеренная диффузия) длина зоны реакции значительно превышает длину зоны молекулярного перемещения частиц за время реакции. [c.90]

Тем более необходим предварительный расчет для процесса, в котором время контакта лимитируется диффузией в твердой фазе (например, при сорбции) или медленно протекающей химической реакцией, когда в аппарате должно быть обеспечено длительное пребывание реагентов. [c.102]

Для реакторов трубчатого типа можно принять некоторый средний поток материала через них. Предполагают, что продукты образуются мгновенно на входе реактора, но требуется некоторое время (для их перемещения), прежде чем они могут быть отобраны на выходе из реактора. В другом случае для протекания реакций на входе необходим определенный промежуток времени. При этом реакция может продолжаться и в той части сырья, которая перемещается в потоке. Между смежными слоями материалов, перемещающихся вдоль оси реактора, возможна диффузия. Состав смеси и выход продукта, отводимого из реактора, могут сильно зависеть от времени пребывания реагентов в реакторе. [c.299]

В реакторе не всегда компенсируется менее продолжительным временем пребывания других молекул. Кроме того, положение усложняется наличием диффузии. Вследствие более длительного времени пребывания у стенок образовавшиеся там продукты реакции обладают сравнительно высокой концентрацией и диффундируют к центру реактора, в то время как исходные вещества диффундируют к стенке. Таким образом, частично компенсируется недостаточная турбулентность потока. Существование свободной конвекции также благоприятствует приближению к потоку с равномерным профилем скорости. [c.146]

Несмотря на то, что средняя скорость реакции,в ламинарном потоке такая же, как в других потоках, конверсия все же различна. Положение осложняется диффузией. Вследствие того, что у стенок аппарата продолжительность пребывания массы увеличивается, продукты реакции образуются с более высокой концентрацией и диффундируют по направлению к центру в то время, как реагенты диффундируют по направлению к стенкам. Результатом такого процесса является частичная компенсация недостаточной турбулентности в потоке. Наличие свободной конвекции также благоприятствует достижению вихревого потока. [c.64]

Для обеспечения полноты использования изобутилена и получения полимера с высоким молекулярным весом образовавшаяся в первый момент взвесь полимера в растворителе должна находиться в зоне реакции еще некоторое время в течение этого времени происходит диффузия изобутилена из раствора через слой полимера к центру растущей частицы, где происходит дополнительная полимеризация. Продолжительность пребывания продуктов реакции в полимеризаторе составляет 30—60 мин. [c.474]

Изложенные простейшие представления приводят к весьма существенным выводам в отношении закономерностей феноменологической химической кинетики, которая, как указывалось выше, лежит в основе расчета жидкостных реакторов.. Так, если времена взаимодействия молекул реагентов существенно меньше, чем время пребывания их в клетке, то скорость реакции оиределяется либо частотой столкновения, либо временем выхода из клетки. Поскольку оба эти процесса обусловлены диффузией реагентов в растворе, то в таких случаях реакции протекают по диффузиоппо-контролируе-мому механизму. Этот механизм не следует смешивать с протеканием реакций в диффузионных областях, когда скорость химического процесса определяется диффузией реагентов из одной фазы в другую пли к твердой поверхности. [c.33]

Если скорость р-ции между А и В очень велика (рекомбинация своб. радикалов шш разнозаряженных ионов, электронные и протонные переходы), т.е. р-дня происходит уже при первой встрече, скорость ее лимитируется диффузией (см. Диффузионно-контролируемые реакции). Константа скорости такой р-ции к, 2в и также обратно пропорциональна вязкости. В случае обычных молекулярных и иониых р-ций (энергия активации > 40 кДж/моль) реагенты А и В, попав в клетку р-рителя, претерпевают множественные соударения, число к-рых тем больше, чем дольше они там находятся, т. е. чем больше вязкость среды (и Т1). Время пребывания частицы в клетке т (среднее время оседлой жизни , по Я. И. Френкелю) м. б. иа еио по ур-нию т= Тоехр( , /Л70, где Го 10 -10 с-период колебаний частиц в клетке, энергия, необходимая для выхода частицы из клетки. Для воды Гц = 1,4 10" с, Т= 1,7-10 с, 7ЛТ, т.е. при 300 К 17 кДж/моль. Величина т/Го = ехр( /ЛТ), что для большинства жидкостей составляет 10 — ТО . [c.207]

Различают два случая ламинарный (рис. У-1,а) и турбулентный (рис. -1,6) режимы. При ламинарном режиме, если не учитывать продольной и поперечной диффузии, профиль скоростей дает параболу. При турбулентном режиме в этих же условиях профиль скоростей изображен на рис. У-1,б. Различные части потока имеют при этом разное время пребывания поэтому, изучая реактор, рассматривают совокупность продолжительностей реакции, дающую некоторую кривую распределеиня. Продольная и поперечная диффузии молекул в движущемся потоке искажают профиль скоростей и их следует учитывать, [c.86]

Следует заметить, что массоперенос к поверхности материала является, конечно, не единственным процессом, определяющим обпхую скорость реагирования на границе факела с поверхностью. При окислении металла в нафевательных печах большую роль Ифает кинетика реакций окисления, диффузия в оксидах (после образования их пленки) и диффузия железа в поверхностный слой. Поэтому в нагревательных печах существует критическая скорость газа, выше которой окисление металла уже практически не зависит от скорости газа. Имеющиеся данные свидетельст ют о том, что величина этой скорости очень мала, и можно сказать, что при реальных скоростях газа в нафевательных печах (w > 1+5 м/с) она практически не влияет на процесс окалинообразования. При этом гораздо большую роль ифает температура металла, состав атмосферы над поверхностью металла и время пребывания металла в этих условиях. При исследовании окисления железа в водяном паре и диоксиде угаерода, было установлено, что величина окалинообразования j подчиняется уравнению [c.601]

В любой части реакционной массы, проходящей через трубчатый аппарат, имеет место непрерывное изменение состава — такое же, как при периодическом процессе. Однако элементарные слои жидкости на различных расстояниях от оси трубчатого аппарата имеют различную скорость движения массы, и здесь может происходить молекулярная диффузия от одной части потока жидкости к другой. Поэтому не все молекулы имеют одинаковое время пребывания в аппарате. В реакционной среде около оси аппарата реакция может протекать недостаточно полно, а жидкость, движущаяся у стенки, реагирует долго, особенно при деградируюпщх процессах в ламинарных потоках. [c.43]

В экспериментах выявлено существенное влияние кинетики химических реакций и соответственно времен пребывания газа в обогреваемом канале на показател теплообмена. В проведенных экспериментах время пребывания газа в обогреваемом канале составляло 0,01 — ОД сек. Даже при малых временах пребывания газа в обогреваемом канале перенос тепла в виде химической энтальпии за счет концентрационной диффузии велик, и достигается увеличение коэффициентов теплообмена в 1,5—2 раза по сравнению с данными на инертном газе (N2, СО2 и др.). Погрешность экспериментальных данных составляла 18% [31]. [c.19]

В клетке частицы испытывают колебания со средней частотой 1/то 10 2-т-10 сек , во время которых происходит их столкновение с молекулами растворителя и между собой. Время пребывания т частиц в клетке равно примерно 10 -г- 10 сек при значениях экспоненциального множителя 10 10 . Если за время т химическая реакция не успевает пройти, то частицы снова расходятся, перескакивая в другое структурное окружение. Таким образом, необходимым условием химической реакции в растворе является предварительное попадание в результате диффузии частиц А и В в одну структурную ячейку жидкости—некий микрореактор молекулярных размеров, или клетку. В этом микрореа -торе , размер которого примерно несколько А, частицы диффузионной пары претерпевают в дальнейшем соударения и реагируют. [c.34]

Упражнение IX.30. Покажите, что функция распределения времени пребывания в трубчатом реакторе при ламинарном режиме течения имеет вид 2z /0 (где 0р — время нрохождения любого элемента потока и — минимальное время нрохождения). Диффузией, входным и концевым эффектами можно ирепебречь. Покажите отсюда, что степень превращения в реакции второго порядка с константой скорости к равна 2i 1 In [В/(В 4- 1)] . Здесь В = = akt па — исходная концентрация обоих реагентов. [c.290]

Состав пробы оказывает весьма сложное влияние на испарение пробы, возбуждение спектров атомов и регистрацию излучения линий. Так же сложно влияние и буферного соединения. В одних случаях происходит простое разбавление пробы, в других — протекают сложные химические реакции в канале электрода во время горения дуги с образованием новых соединений с иными физико-химическими свойствами. При наличии в буферном соединении легкоионизирующегося элемента снижается температура плазмы. Буферное соединение определяет в значительной мере скорость диффузии атомов примесей, следовательно, продолжительность их пребывания в столбе дуги и т. д. Трудно подобрать такое соединение, которое бы оказало влияние только на один процесс. Обычно все соединения более или менее многофункциональны . [c.109]

При сравнительно высоких температурах (обычно порядка 1000° С и выше) скорость химического реагирования в подготовленной рабочей смеси может достигнуть очень больших значений, в то время как скорости физических процессов переноса, таких, как диффузия и теплопередача, остаются ограниченными. Это явление имеет особое значение при сжигании предварительно ненеремешанных газов, являющемся главным объектом нашего изучения. Интенсивность же процессов в камере определяется скоростью в наиболее узком участке явления. Таким узким участком являются диффузия и теплообмен. В настоящей работе полнота выгорания топлива однозначно связывается с отношением времени пребывания газов в камере ко времени, потребному для завершения рассматриваемых предпламенных процессов. Упомянутые выше большие скорости освобождения тепла при химической реакции реализуются лишь в том случае, когда молекулы топлива и кислорода подведены друг к другу на расстоянии не более нескольких длин свободного пробега молекул. Лишь в этом случае (и при определенном температурном уровне) реализуется удивительная особенность газообразного состояния вещества — огромное число взаимных столкновений молекул, способствующих быстрому протеканию реакции. Так как потоки горючего и окислите. ля подаются в камеру раздельно, то часть времени пребывания газов в камере тратится на перемешивание, совершающееся в значительно мере по механизму турбулентной [c.292]