Тепловые явления в химическом процессе

В связи с этим возникает задача построения математической модели процесса отмывки ионита, которая отражала бы взаимосвязь релаксационных, химических, диффузионных, тепловых явлений, сопровождающих процесс отмывки, объясняла бы основные закономерности процесса и могла бы служить основой для расчета и оптимизации промышленных процессов. [c.376]

Материя непрерывно претерпевает изменение, ей свойственно движение. Движение материи — это все происходящие в мире изменения и процессы перемещение частиц и тел в пространстве, распространение волн, электромагнитные и тепловые явления, химические и ядерные процессы, органическая жизнь, мышление, развитие человеческого общества. [c.4]

Для оценки риска в виде ущербов используются модели физи-ко-химических, термодинамических, тепловых явлений и процессов и существующие методики расчета. Поскольку единицы измерения натуральных показателей оценки ущербов различны (метры квадратные, метры кубические, кг, кПА и т. д.), требуется разработка моделей и методик расчета таких ущербов по интегральным [c.163]

Инвариантность математического описания химического процесса к масштабам реактора достигается через инвариантность описаний каждого из физических и химических явлений, другими словами, математическое моделирование химического процесса как единого целого идет через раздельное изучение его химических, массо- и теплообменных и гидродинамических явлений с составлением математического описания для каждого из них, инвариантного к масштабам реактора. При этом как в изучении отдельных классов явлений, связанных с тепловым и концентрационным полем химического процесса и его гидродинамическими условиями, так и в составлении математического описания [c.13]

Элемент ФХС есть отдельное явление химическое, механическое, тепловое, диффузионное, электрическое, магнитное. Связь между элементами — это причинно-следственные отношения между явлениями (эффектами). Совокупность элементов ФХС и связей между ними образует структуру ФХС. Структура ФХС имеет ряд особенностей, определяющих специфику химико-технологического процесса как сложной причинно-следственной системы. [c.31]

Метод описания ФХС, который будет изложен в настоящей главе, является в некотором смысле противоположным тому формальному подходу, который обсуждался выше. Здесь исходным моментом решения задачи служит внутренняя структура системы. Поведение ФХС представляется как следствие ее внутренних физико-химических процессов и явлений, для описания которых привлекаются фундаментальные законы термодинамики и механики сплошной среды. В главе будут рассмотрены характерные схемы реализации этого подхода на примерах сложных физикохимических систем, построение адекватных математических описаний которых обычно вызывает затруднения. В частности, будут сформулированы принципы построения математической модели химических, тепловых и диффузионных процессов, протекающих в полидисперсных ФХС (на примере гетерофазной полимеризации) будет изложен метод построения кинетической модели псев-доожиженного (кипящего) слоя будет рассмотрен один из подходов к расчету поля скоростей движения смеси газа с твердыми частицами в аппарате фонтанирующего слоя сложной конфигурации на основе модели взаимопроникающих континуумов будет исследован процесс смешения высокодисперсных материалов с вязкими жидкостями в центробежных (ротационных) смесителях. [c.134]

Объектом исследования служит технологический процесс, характеризующийся совокупностью химических, диффузионных и тепловых явлений, протекающих в жидкофазной (система газ--жидкость, жидкость—жидкость) полидисперсной среде с меха ническим перемешиванием [1—3]. Примерами могут служить [c.134]

Химическое производство представляет собой иерархическую структуру по горизонтали подготовка сырья, химическое превращение и выделение продуктов. Каждая из стадий может содержать произвольное количество разнородных процессов, отличающихся природой определяющих явлений, а именно а) гидродинамические процессы перемещение жидкостей и газов в аппаратах и трубопроводах получение и разделение неоднородных систем газ - жидкость (туманы), газ - твердое вещество (пыли), жидкость - твердое вещество (суспензии), жидкость -жидкость (эмульсии) б) тепловые процессы кипение, испарение и конденсацию, выпаривание в) диффузионные процессы экстракцию, абсорбцию, адсорбцию, кристаллизацию, мембранные, ректификацию и т. д. г) химические процессы химические превращения в реакторах д) биохимические процессы биохимические превращения в реакторах, аэротенках и т. д. [c.15]

Физическая химия — наука о закономерностях химических процессов и химических явлений. Она объясняет эти явления на основе фундаментальных положений физики и стремится к количественному описанию химических процессов. Объектами ее являются любые системы, в которых могут протекать химические превращения. Физическая химия изучает происходящие в этих системах изменения, сопровождающиеся переходом химической формы движения в различные физические формы движения — тепловую, электрическую, лучистую и др. Таким образом, физическая химия изучает химические процессы не сами по себе, а в неразрывной связи с сопровождающими их физическими явлениями — выделением (поглощением) теплоты, энергии излучения, прохождением электрического тока и др. [c.6]

В прошлом, в эпоху господства химического ремесла и мануфактурного производства, научное и практическое направления в химии были разобщены и проблемы, стоявшие перед наукой и производством решались изолированно. К концу XIX века и особенно в первые десятилетия XX века, обе ветви интегрировались в единую точную науку, целью которой стало всестороннее изучение общих химических, физических и технологических явлений в такой многофакторной системе, какую представляет производственный химический процесс. В этом процессе функционально связаны такие многочисленные параметры как температура, давление, тепловой эффект процесса, концентрация реагентов, скорость потока реагентов, поверхность раздела фаз, реакционный объем, состояние катализатора, степень превращения сырья в целевой продукт, выход продукта и другие. [c.36]

Процессы химической технологии часто являются весьма сложными, и случаи, когда анализируемые явления можно описать функцией одной переменной, встречаются редко. При описании тепловых или диффузионных процессов число этих переменных часто достигает восьми и более. Хотя теория подобия и теория размерностей позволяют (путем группировки переменных в безразмерные комплексы) сократить число параметров, получаемые критериальные уравнения все же содержат обычно больше двух переменных. Изображение таких функций при помощи графиков связано с рядом неудобств, так как при этом необходимо интерполировать значения одной из переменных. Поскольку соответствующие функции, как правило, не являются линейными, то ошибки при такой интерполяции могут быть значительны. Использование номограмм позволяет получить непрерывное изображение функции нескольких переменных, с помощью которого можно определить значение одной из переменных, если известны значения всех остальных. Ниже будут описаны только номограммы с прямолинейными функциональными шкалами, так как они чаще всего встречаются прн расчетах процессов и аппаратов химической технологии. [c.26]

Растворение веществ и разбавление растворов, так же как и химические процессы, сопровождаются тепловыми явлениями [c.54]

Калориметр — прибор, позволяющий характеризовать тепловые явления, например количество выделенной (или поглощенной) системой теплоты при охлаждении (или нагревании), а также в процессах фазовых и химических превращений. Совокупность частей калориметра, между которыми распределяется подлежащая определению теплота, называют калориметрической системой. В большинстве случаев калориметрические измерения сводятся к определению температуры калориметрической системы или ее изменения до и после опыта. [c.13]

В середине прошлого века М. Бертло на основании большого числа определений тепловых эффектов химических реакций выдвинул принцип, согласно которому химическое сродство определяется количеством тепла, выделяющегося при реакции. Из принципа Бертло следует, что самопроизвольно могут протекать только экзотермические реакции. Легко видеть, что этот принцип неправилен хотя бы потому, что существуют самопроизвольные процессы, протекающие с поглощением тепла, например растворение многих солей в воде. Казалось бы, принцип Бертло оправдывается для реакций образования многих соединений из элементов, которые происходят с выделением тепла и идут практически до конца. Однако в действительности это справедливо лишь при относительно низких температурах. При достаточно высоких температурах эти же реакции самопроизвольно протекают в обратном направлении, т. е. происходит диссоциация соединений, сопровождающаяся поглощением тепла. Мы уже видели, что полнота завершения реакций зависит от температуры и концентраций. По существу принцип Бертло находится в противоречии с самим фактом существования химического равновесия. Это обусловлено тем, что М. Бертло основывался лишь на величинах ДЯ, т. е. на представлениях первого закона термодинамики, который, как отмечалось, дает лишь балансы тепловых явлений. Поэтому величина изменения энтальпии при реакции ДЯ не может служить мерой химического сродства. Такой мерой является величина ДО, определяемая уравнением [c.53]

Химическая термодинамика использует положения, законы и теоретические методы общей термодинамики в применении к разнообразным химическим проблемам учение о тепловых эффектах химических реакций (термохимия), учение о химическом и фазовом равновесии, учение о растворах, теория электродных процессов, термодинамика поверхностных явлений и др. На основании законов термодинамики проводятся все энергетические расчеты химических процессов и химического равновесия, что имеет особое значение для химии и химической технологии. [c.7]

В центре нарождавшейся новой науки оказался химический процесс как таковой — его скорость, явления, его сопровождающие, прежде всего тепловые. В связи с этим развивается изучение состояния вещества (газообразного, жидкого, твердого и растворенного), поскольку именно этим определяется механизм реакций. На основе решения данных проблем сформировалась физическая химия. [c.301]

Процесс образования растворов. Растворение — сложный физико-химический процесс. В зависимости от природы растворителя и растворяемых веществ преобладает либо физическая, либо химическая сторона явления. Процесс растворения нельзя представить простой физической моделью, например статистическим распределением растворенного вещества в растворителе. Растворение обычно сопровождается заметным тепловым эффектом (эндо- пли экзотермическим), изменением объема (общий объем смеси не равен сумме объемов компонентов), иногда изменением окраски и т. п. Например, при растворении гидроксида калия в воде наблюдается сильное разогревание раствора [c.243]

Жидкие растворы занимают промежуточное положение между химическими соединениями постоянного состава и механическими смесями. Как и химические соединения, они однородны и характеризуются тепловыми явлениями, а также контракцией — часто наблюдающимся сокращением объема при смешивании жидкостей, С другой стороны, в отличие от химических соединений растворы не подчиняются закону постоянства состава они, как и смеси, могут быть легко разделены на составные части. Процесс растворения есть физикохимический процесс, а растворы — физико-химические системы. [c.145]

Впервые моделирование было использовано в аэро- и гидромеханике [4-7]. С этой целью была развита теория подобия, основанная на физическом моделировании, в котором природа процесса и модели одинаковая. В химической технологии физическое моделирование широко используют для изучения тепловых и диффузионных процессов [8]. В химическом реакторе протекают химические реакции, и происходит перенос тепла и вещества. Их взаимное влияние и результаты процесса зависят от размера и типа реактора. Поэтому для изучения химических процессов и реакторов теорию подобия [9, 10] применяют весьма ограниченно [11-13]. Для изучения этих процессов используют преимущественно математическое моделирование [11-16], поскольку оно позволяет тождественными уравнениями описывать свойства процесса различной природы. Математическая модель может быть знаковой, представленной уравнениями, и реальной, представленной физическим объектом, как правило ЭВМ. В дальнейшем под моделью подразумевается знаковая или реальная математическая модель, адекватно отражающая физико-химические превращения и явления переноса тепла и вещества в изучаемом процессе и используемая для масштабного перехода. Статистические модели, описывающие процесс как черный ящик , для этой цели не пригодны. [c.5]

Тепловые явления в химическом процессе 147 [c.147]

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ХИМИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ [c.147]

До сих пор предметом рассмотрения являлись изотермические химические процессы, в которых температура во всем объеме их протекания одинакова. Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением тепла, что может привести к изменению температуры в месте протекания реакции и, соответственно, изменению скорости превращения. Этот эффект проявляется в гетерогенном химическом процессе, в котором в результате переноса вещества к месту протекания реакции ее тепловой эффект приводит к возникновению градиента температуры и явлений переноса тепла в объеме процесса. [c.147]

Далее рассмотрим случай наиболее значимого влияния тепловых явлений на протекание химического процесса. [c.147]

Для устранения указанного явления была разработана новая конструкция кристаллизатора (рис. 80). Тигель расположен в молибденовой трубе и не контактирует с засыпаемым оксидом иттрия. Малая (0,3—0,5 мм) толщина трубы делает ее полупрозрачной для высокочастотного электромагнитного поля н не затрудняет нагрев тигля. В то же время молибденовая труба служит дополнительным тепловым экраном, так как разогревается до высокой температуры. Продукты испарения расплава МгОз не доходят до теплоизолирующей засыпки из а конденсируются на трубе. Такая конструкция оказалась очень удобной для исследований физико-химических процессов в кристаллизаторе. Тигель с расплавом легко извлекается из кристаллизатора, на него не налипает засыпка. Появилась возможность количественно определять скорость испарения расплава из тигля, исследовать количество и состав осевших на тигель и молибденовую трубу продуктов испарения расплава. Здесь удачно соединились преимущества резистивного и индукционного нагревов. Повысилась производительность установки, так как.тигель извлекается и устанавливается в кристаллизатор без его разборки, уменьшился расход теплоизолирующей засыпки из У Оз, которая не взаимодействует с продуктами испарения расплава. Молибденовая труба на 40—50 мм выше верха тигля, в связи с чем она работает как отжиговая камера для выращиваемого кристалла. [c.205]

Наиболее сложным этапом в создании автоматизированных производств является подробное математическое описание всех химических, гидравлических и тепловых явлений. Решение этой системы уравнений на вычислительных машинах позволяет не только предсказать, как будет протекать процесс при том или ином изменении параметров, но и обеспечить максимальные выходы целевых продуктов при изменившихся условиях. [c.405]

О механизме гетерогенной рекомбинации в разреженном газе. На каталитической поверхности в диссоциированном воздухе возможны различные химические процессы (см. гл. 2). В частности, атомы кислорода и азота могут адсорбироваться на активных местах поверхности, которые могут быть затем освобождены за счет миграционных процессов или термической десорбции. Они могут быть также вовлечены в рекомбинационные процессы в соответствии с механизмами рекомбинации Или-Райдила или Ленгмюра-Хиншельвуда. Отметим, что в разреженном газе скачок между температурами поверхности и окружающей среды может быть значителен. Например, расчеты [133], проведенные для гиперболоида, моделирующего течение у Спейс Шаттла на высоте 92,35 км траектории второго полета, дают в точке торможения температуру в газе у поверхности около 1400-1500 К, в то время как температура поверхности только около 1000 К. В силу указанного скачка температуры сильно возбужденные и быстрые молекулы могут адсорбироваться диссоциативно, а при более сильном скачке температуры имеют место даже реакции диссоциации адсорбированных молекул. Если тепловая энергия в газовой фазе вблизи новерхности достаточно велика, то становится важным и диссоциативная адсорбция, обусловленная процессами, обратными реакциям Или-Райдила. В этом случае при ударе молекулы о поверхность возникают адсорбированный атом и атом в газовой фазе. Так как этот процесс сильно эндотермический, то он может произойти только в случае, когда температура в газовой фазе значительно выше той температуры поверхности, которая обычно наблюдается. В условиях режима с проскальзыванием, скачок температуры на поверхности может быть достаточно большим для осуществления этой реакции. Другим важным явлением, которое необходимо учитывать в этих условиях, является обсуждавшееся в предыдущем разделе явление неполной аккомодации химической энергии. [c.97]

В химических процессах очень часто приходится иметь дело с явлениями, где одновременно в одной и той же системе протекают процессы диффузии нескольких веществ и переноса тепла. Это означает, что в каждой точке пространства, в каждый момент времени сосуществуют градиенты концентраций нескольких веществ и градиент температуры. До сих пор мы принимали, что диффузионный поток каждого вещества зависит только от градиента его собственной концентрации (или парциального давления),а тепловой поток — только от градиента температуры. Такой метод рассмотрения мы будем называть приближением независимой диффузии. Пользуясь им, мы пренебрегали взаимным влиянием процессов диффузии различных веществ, а также процессов диффузии и теплопроводности. Приближение независимой диффузии достаточно близко к действительности для смесей, разбавленных растворителем в случае жидкостей или не диффундирующими в данных условиях газами — в случае газовых сред. Чем меньше концентрация диффундирующих веществ в растворе или в газовой смеси, тем более точным становится приближенный метод описания процессов переноса, которым мы пользовались в предыдущих главах. [c.169]

Всякая химическая реакция даже в простейшем случае является результатом весьма сложного взаимодействия химического превращения и обмена — материального и теплового. Характер всего процесса определяется соотношением между этими явлениями. Возможны следующие три случая. [c.13]

Алгоритмизация этого этана состоит в разработке математических моделей типовых процессов химической технологии. Необходимо не только качественное, но и количественное описание явлений, определяющих процесс. К настоящему времени известно большое количество алгоритмов расчета типовых процессов, отличающихся степейью детализации отдельных составляющих модели, но, по сути, предназначенных для решения систем уравнений материального и теплового балансов, нельнейность которых зависит от точности описания равновесия, химической кинетики, кинетики тепло- и массопереноса, гидродинамики потоков. Объем входной информации зависит от точности модели, однако выходная информация подавляющего большинства алгоритмов практически одинакова профили концентраций, потоков и температур по длине (высоте) аппарата, составы конечных продуктов. Правда, соответствие результатов расчета реальным данным будет определяться тем, насколько точно в модели воспроизведены реальные условия. И все же, несмотря на обилие алгоритмов, нельзя сказать, что проблема разработки моделей (и соответственно расчета) решена — по мере углубления знаний об объекте модели непрерывно совершенствуются. Тем более что до сих пор в определенном классе процессов отсутствуют алгоритмы, обеспечивающие получение решения в любой постановке задачи и обладающие абсолютной сходимостью. Надо учесть еще, что задача в проектной постановке часто решается как задача оптимизации с использованием алгоритмов в проверочной постановке. [c.120]

Явления, определяющие процессы химического превращения, диффузионного, конвективного и турбулентного переноса вещества, распределения материальных и тепловых потоков по своей природе, являются вероятностными. Детерминированные фундамен- [c.8]

Таким образом, из анализа физико-химических особенностей отмывки ионитов видно, что для этой стадии характерно одновременное проявление диффузионных, тепловых, электрических явлений, явлений гидратации и реологических изменений в материале ионита. Существующие математические модели построены в основном для описания процессов ионного обмена, т. е. для процессов эксплуатации ионита как готового подукта, и не отражают явлений гидратации при смешении жидких фаз они не учитывают одновременного влияния диффузионных, электрических, тепловых явлений, эффектов гидратации и изменения реологических свойств материала ионита. [c.394]

Движение частиц в слое. Закономерности движения частиц в кипящем слое играют большую роль при анализе тепловых режимов сильноэкзотермического процесса, при анализе явлений, связанных с химической нестационарностью катализатора, и др. [c.53]

В отчете [Stahl, 1949] представлено описание последовательности событий, составленное на основе свидетельских показаний, в которых отмечались свистящий звук, характерный для пара, выпускаемого локомотивом, и появление коричнево-белого облака перед основным взрывом. Авторы отчета считают, что имели место два химических взрыва. Первый - незначительный - произошел снаружи и перевернул цистерну, вызвав ее разрушение, после чего последовал основной взрыв. Имеющийся опыт показывает, что цистерна не обязательно должна быть перевернута в результате химического взрыва. Свистящий звук может объясняться начальным образованием трещины, а разрушение цистерны обусловлено последующим ее разрывом под действием давления. Однако необходимо отметить, что, хотя в отчете проведен детальный анализ по многим аспектам, в нем отсутствуют какие-либо попытки проанализировать само явление взрыва. Это явление сравнивают со взрывом фугасного снаряда, несмотря на то, что при этом не образуется воронки. Как отмечалось выше, в работе [Giesbre ht,1981] проведен анализ модели разрушения для данного случая аварии (в [Stahl,1949] приводится большой объем информации по данному вопросу), представленной на рис. 4.7 цитируемой работы согласно модели, тепловая энергия в процессе горения составила 854 ГДж. Сделан вывод о том, что максимальный уровень избыточного давления в ходе ава)5ии не превышал 0,05 МПа. [c.321]

Проведение каталитических процессов в режиме формируюнде-гося и движущегося теплового фронта химических реакций в слое катализатора является одним из эффективных методов реализации нестационарных процессов. В Институте катализа разработана теория этого физического явления и предложены методы реализа ции способа в промышленных условиях. Периодическое изменение направления подачи реакционной смеси в слой позволяет удерживать тепловой фронт в зоне реакции как угодно долго, [c.260]

Не менее важным оказывается форма (состав) получающегося соединения. Так, сопоставление величин энергии образования различных по составу химических соединений показывает, что наибольший тепловой эффект на 1 атом (моль) приходится на те соединения, которые имеют состав АВ независимо от валентности Na I, MgS, AIP. Понятие химической активности не может быть рассмотрено также вне рамок учёния о химическом процессе. Ведь каждое химическое соединение — это одновременно и химическая система, ибо в нем заложены условия для его возможного преобразования в иных условиях. (Сравните испарение и кипение воды и термическую диссоциацию карбоната кальция a 03= a0+ 0j. Физическая природа этих явлений практически одна и та же.) [c.46]

Е классических работах А. Лавуазье было н1 спронергку-то учение о флогистоне и утверждена кислородная теория. Факт за фактом собирал Лавуазье для утверждения кислородной теории и для борьбы с теорией флогистона. За изучением процесса горения серы, фосфора последовало изучение тепловых явлений, но только после определения состава воды Лавуазье окончательно выяснил центральную роль кислорода в химических процессах. Лавуазье провел количественные опьхты по сжиганию серы и фосфЪра в воздухе, изучил обжигание свинца и олова, как это в свое время делали Бойль и Ломоносов, и пришел к выводу при обжигании происходит соединение металла с воздухом. Затем Лавуазье поставил новые опыты и показал, что для полного обжигания металла требуется определенное количество воздуха, что дефлогистированный воздух (т. е. кислород) и есть та часть воздуха, которая соединяется с металлом при обжиге. Вскоре после выхода в свет Начального курса химии (1789 г.) кислородная теория Лавуазье совершила победное шествие по странам Европы и Америки. [c.65]

Изучение переноса импульса связано с анализом сил (внешних, внутренних), действующих на объект, рабочее тело переноса теплоты — с перемещением и подводом (отводом) тепловой энергии (иногда с изменением агрегатного состояния, с тепловьщелением) переноса вещества — с его перемещением в пределах какой-нибудь одной фазы и (или) между различными фазами. Все эти явления переноса могут быть использованы направленно — для осуществления процесса (скажем, теплоты — для нагрева объекта), а могут и сопровождать какой-либо, в том числе химический, процесс (скажем, отвод теплоты реакции или вывод одного из продуктов реакции). [c.39]

Теплопроводность, внутреннее троние и химические реакции в потоке вызывают необратимые процессы, связанные с рассеянием, т. е. переходом в тепло (диссипацией) энергии. При составлении уравнения переноса энергии мы исходим из закона сохранения энергии (для тепловых явлений — первого закона термодинамики), а также из второго закона термодинамики. На основе этих двух законов и составлено уравнение (5. 16) гл. V. В нем не учитывается диссипация энергии внутреннего трения. [c.513]