Влияние массопередачи на гетерогенные реакции

Пользуясь формулами (III.36) — (III.38), не следует забывать, что они получены исходя из предположения о равнодоступности внешней поверхности частицы. При обтекании одиночной частицы потоком вещества это предположение явно несправедливо, так как условия массопередачи на участки передней и тыльной сторон частицы резко различны. Единственным строгим методом учета влияния внешней массопередачи на скорость гетерогенной реакции является, как отмечалось в разделе III. 1, решение уравнения (III.13). Неравнодоступность поверхности будет сказываться особенно сильно в сложных процессах, включающих последовательные реакции, приводя к уменьшению выхода промежуточного продукта. [c.112]

ВЛИЯНИЕ МАССОПЕРЕДАЧИ НА ГЕТЕРОГЕННЫЕ РЕАКЦИИ [c.171]

Гетерогенная реакция всегда протекает последовательно с массопереносом, поэтому возможно простое арифметическое сложение диффузионного и химического сопротивлений [21]. Таким образом, гетерогенная реакция оказывает дополнительное сопротивление массопередаче, но не влияет на коэффициенты массоотдачи. Поскольку в схеме на рис. 10-1, б исключена всякая возможность перехода непрореагировавших молекул через границу раздела фаз, теряется прежняя основа для сравнения и смысл фактора ускорения. Оценить влияние поверхностных реакций можно, приняв за основу для сравнения скорость экстракции в случае, когда реакция бесконечно быстра. Понятно, что при этом любая другая реакция, протекающ,ая с конечной скоростью, будет замедлять экстракцию. [c.385]

Обычные значения коэффициентов массопередачи лежат в пределах 10 —10 см/с, что соответствует общему сопротивлению 100—1000 с/см. Химическая гетерогенная реакция первого или псевдопервого порядка, обратное значение константы скорости которой сравнимо с значением этого сопротивления, будет оказывать ощутимое влияние на скорость экстракции. Такую реакцию обычно называют медленной, понимая под этим лишь сравнимость времени релаксации химического и диффузионного процессов. В кинетике гомогенных химических реакций принято условно делить все реакции на быстрые и медленные. Гомогенные реакции первого порядка, имеющие константу скорости выше 10 с , считаются быстрыми для их исследования требуются специальные методы, отличающиеся от традиционных [70]. [c.391]

Следует особенно отметить возбуждение турбулентности путем перемешивания или какими-либо другими методами. Турбулентность не только влияет на величину поверхности раздела фаз, но и позволяет устранить влияние малых градиентов концентрации, что в противном случае могло бы привести к снижению скорости диффузии. При выводе выражения для суммарной скорости гетерогенной реакции необходимо учитывать как скорость массопередачи, так и скорость собственно химической реакции. Это [c.167]

Влияние перемешивания на гетерогенную реакцию между двумя жидкими фазами иллюстрируется процессом нитрования бензола нитрующей смесью. При перемешивании оба компонента взаимно диспергируются, что увеличивает поверхность контакта. В результате взаимной диффузии молекул бензола в нитрующую среду и этой среды в бензольный слой химическая реакция протекает как в бензольной фазе, так и в нитрующей смеси. При установившемся процессе количества прореагировавших веществ в каждой среде станут равны количествам веществ, продиффундировавших в данную среду из другой. При перемешивании возрастает скорость массопередачи и, следовательно, общая скорость гетерогенной реакции. Однако увеличение скорости вращения (числа оборотов) мешалки выше определенного предела (для каждого случая своего) уже не оказывает существенного влияния на скорость процесса. [c.98]

На весь ход гетерогенной химической реакции, которая проявляется как единый процесс, существенное влияние оказывает массопередача. Результирующая скорость всего взаимодействия определяется скоростью самого медленного элементарного процесса. В зависимости от того, какая стадия процесса протекает медленнее всего, гетерогенные реакции можно разделить следующим образом [c.223]

Этот факт оказывает определяющее влияние при расчете скорости массопередачи и коэффициентов массопередачи к поверхности катализатора в двухфазных и многофазных гетерогенно-каталитических реакторах. В реакторах этого типа реакция протекает на поверхности или в объеме зерна катализатора. Поэтому при вычислении коэффициентов массопередачи к поверхности катализатора влияние химической реакции обычно не учитывается. [c.227]

Вследствие гетерогенной природы электродных процессов серьезное влияние на их скорость оказывают структура двойного слоя и адсорбция исходных веществ, продуктов реакции и индифферентного электролита, а также любых других соединений, присутствующих Б растворе. По мере увеличения скорости электродной реакции становятся все более заметными диф- фузионные ограничения, и поэтому часто оказывается необходимым принимать в расчет кинетику массопередачи. [c.165]

Последним доказательством применимости уравнений химической кинетики должно являться в нашем случае более сильное влияние температуры на величины коэффициентов массопередачи, по сравнению с соответствующей зависимостью Для диффузионной кинетики. Поставленные опыты по определению коэффициентов массопередачи при различных температурах показали, что значение энергии активации колеблется в пределах 0,7—8,0 ккал. Такие значения очень малы, и это, казалось, противоречит представлению о том, что катионообменная экстракция определяется медленной химической реакцией. Однако не следует забывать, что в гетерогенных процессах действующие вещества разобщены. Поэтому химическая реакция протекает в очень небольшой области, расположенной вблизи границы раздела фаз, и реализация удачных столкновений молекул осуществляется только в одном направлении — в сторону другой фазы. В гомогенных же процессах активные молекулы могут гораздо быстрее вступить во взаимодействие по всему объему фазы, двигаясь в любом направлении. Таким образом, медленность химических реакций определяется не природой действующих веществ, а условиями, в которых она протекает. [c.95]

Известно, что экстракция — сложный гетерогенный процесс, скорость которого определяется соотношением скоростей массопередачи и химической реакции. Поэтому изучение кинетики экстракции необходимо проводить так, чтобы исключить, по возможности, влияние одной из стадий на общую скорость процесса. [c.202]

Так как в химико-технологическом процессе всегда участвует несколько веществ (два минимум), то уравнение (У.16) соответственно усложняется, поскольку появляется несколько коэффициентов диффузии, плотностей и т. п. Поэтому аналитический расчет коэффициента массопередачи практически невозможен и для его определения в каждом конкретном случае нужна постановка специального эксперимента. Сложная зависимость ( .16) может быть упрощена исключением ряда переменных, если известно, в какой области идет процесс — диффузионной, кинетической или переходной. Лимитирующую стадию можно определить, изучая влияние параметров технологического режима на общую скорость процесса и. Если и возрастает с повышением температуры в соответствии с законом Аррениуса (рис. 46) и температурный коэффициент > 1,5, то, как прав 1ло, лимитирующая стадия — химическая реакция, и процесс идет в кинетической области. Если же и растет с увеличением скоростей потоков реагирующих фаз, то лимитирующая стадия — это массообмен между фазами, и процесс идет во внешнедиффузионной области. На рис. 46 показано влияние температуры и скорости газового потока на кинетику процесса в системе Т—Г для обжига, горения, газификации. Из рис. 46 видно, что в области низких температур скорость процесса резко повышается с ростом температуры, так как определяющей стадией служит химическая реакция. В области высоких температур скорость химических реакций настолько возрастает, что процесс переходит в диффузионную область и общую скорость процесса лимитирует степень турбулизации газового потока (пропорциональная скорости газа гш ). Такой вид кривых зависимости скорости процесса или выхода продукта от температуры и скоростей реагирующих фаз (или от степени их перемешивания) характерен и для других гетерогенных систем. [c.109]

Как правило, при проведении гетерогенных ХТП химическая реакция протекает на поверхности контакта фаз, к которой предварительно должны быть подведены реагенты. Таким образом, в отличие от гомогенных процессов на скорость гетерогенных процессов влияет не только скорость химической реакции, но и скорость подвода реагентов к поверхности контакта фаз и скорость отвода продуктов реакции от нее. Условная поверхность контакта фаз находится внутри одной из фаз, и она в общем случае не совпадает с поверхностью раздела фаз. Глубина проникновения реагентов внутрь одной из фаз к поверхности контакта зависит от соотношения скоростей диффузии и реакции. При очень низкой скорости реакции процесс может протекать во всем объеме одной из фаз. Влияние физических процессов переноса вещества (массопередачи между фазами) тем больше, чем выше скорость химической реакции. Стадию, скорость которой существенно меньше возможных скоростей других стадий, называют лимитирующей. При наличии лимитирующей стадии наиболее эффективны те воздействия на процесс, которые изменяют скорость именно лимитирующей стадии. [c.72]

Данные исследования макрокинетики процессов окисления в условиях, близких к практическим, отсутствуют. Изучение макрокинетики простых реакций в гетерогенных системах жидкость — жидкость (когда реагенты растворены в двух несмешивающихся жидкостях) показало что в диффузионной области скорость реакции зависит не только от факторов массопередачи, но и от константы скорости реакции. Наш опыт исследования процесса окисления циклогексана в лабораторных и полупромышленных условиях подтверждает этот вывод. Влияние температуры и катализаторов на процесс, протекающий в диффузионной области, хорошая воспроизводимость результатов при переходе от лабораторного аппарата к промышленному позволяют утверждать, что в условиях промышленного осуществления процесса, когда скорость реакции определяется [c.33]

Harriott ., Сап. J. hem. Eng., 48, 109 (1970). Влияние массопередачи на селективность гетерогенных газо-жидкостных реакций (с использованием пенетрационной модели применительно к последовательным реакциям первого порядка). [c.282]

Данные о влиянии ироцессов массопередачи на относительно быстрые реакции можно получить, проводя эксперименты при различных температурах. Кажущаяся энергия активации реакцип довольно высока, если скорость процесса определяется химическо11 реакцией однако, когда начинает сказываться торможение Диффузией и массопередачей, величина кажущейся энергии активации снижается. Прн обсуждении экспериментальных данных следует пользоваться методами, рассмотренными на стр. 163 (для гомогенных реакций) и на стр. 171 (для гетерогенных реакций). [c.238]

Как и при всех других гетерогенных реакциях, важное влияние на кинетику клатратообразования оказывают процессы массообмена в одной или обеих фазах. В ряде случаев суммарная скорость процесса лимитируется массопередачей на поверхности раздела фаз. Органические соли, например аммонийные соли жирных кислот, могут накапливаться на поверхности такую же способность часто обнаруживают и большие молекулы сернистых или кислородных соединений. Образование солей возможно и при работе с многокомпонентными углеводородными фракциями, содержащими следы нафтеновых кислот. Посторонние твердые вещества, например частицы пыли или продуктов коррозии, могут концентрироваться на поверхностях раздела фаз, тем самым ухудшая условия массопередачи. [c.107]

В случае, когда самой медленной стадией процесса является массопередача, перемешивание оказывает непосредственное влияние на общую скорость гетерогенного превращения. Без эффективного перемешивания некоторые гетерогенные реакции протекали бы с весьма малой скоростью. В этом случае перемешивание приводит к уменьшению толщины диффузионного слоя, через который за счет молекулярной диффузии должны проходить взаимодействующие молекулы, и ускоряет, таким образом, самую медленную стадию гетерогенного превращения. Вследствие турбули-зации потока, вызванной перемешиванием, продиффундировав-шие молекулы легко распределятся по всему объему аппарата. Однако общую скорость гетерогенного превращения этого типа нельзя увеличивать, неограниченно повышая интенсивность перемешивания. Как только массообмен вследствие интенсивного перемешивания настолько ускорится, что собственно химическая реакция станет более медленной стадией процесса, дальнейшее повышение интенсивности перемешивания ул<е не будет влиять па общую скорость превращения. [c.224]

Совместное проведение химических реакций с некоторым разделением реакционной смеси в одном и том же аппарате составляет предмет довольно много-числепны.ч исследований, а также является одним из технологических вариантов проведения процессов на практике. В качестве предмета исследования совмещенный процесс рассматривается в основном с позиций взаимного влияния массопереноса и химической реакции. Эти вопросы изучает макрокинетика и теория процессов массопередачи. Как технологический вариант проведения процессов в практике совмещенный процесс используется потому, что часто оказывается наиболее выгодным и сравнительно простым. Рациональное использование явлений переноса массы в момент проведения химической реакции обеспечивает до-Аолнительные возможности процессу как в кинетическом, так и в термодинамическом аспектах. Условия равновесия в системе с химическим взаимодействием компонентов могут быть рассмотрены в рамках термодинамики гетерогенных систем. [c.186]

Как было показано Я- Б. Зельдовичем [84], Д. А. Франк-Каменецким [92] и др. [76, 85, 85а, 86, 87], гетерогенные каталитические реакции могут протекать в диффузионной, переходной и кинетической областях. В первой области скорость химического превращения во много раз выше скорости массопередачи и поэтому результирующий эффект, определяемый лимитирующей стадией, зависит только от условий диффузии. В кинетической области, наоборот, скорость диффузии значительно выше скорости химической реакции в адсорбированном слое и, как следствие, скорость массопередачи не оказывает уже заметного влияния на динамику превращения. В переходной области взаимозависимости весьма сложны, так как на процесс одновременно воздействуют собственно кинетические и диффузионные факторы. [c.51]