Диффузия Кинетика гетерогенных процессов

Рассмотренный случай описывает кинетику гетерогенного процесса, скорость которого ограничивается скоростью диффузии в одной из фаз —воде. Благодаря большим скоростям первых двух процессов (переноса ЫНз в газе и химической реакции) на границе вода — воздух установится равновесие между газом и тонким поверхностным слоем воды. [c.141]

Рассмотрим кинетику гетерогенного процесса, в котором диффузионный перенос вещества через поверхность раздела фаз сопровождается химической реакцией. При этом будем пользоваться методом, предложенным Д. А. Франк-Каменецким. Пусть диффузия происходит из фазы I в фазу II, в которой протекает химическая реакция и концентрация вещества в объеме фазы I и на границе фаз [c.496]

Впервые роль физических факторов (диффузии) в гетерогенных процессах горения и газификации углеродистых материалов была установлена в 1934 г. в СССР [91] и одновременно в США [120], что положило начало разработке основ диффузионной кинетики гетерогенных процессов. Большое значение для развития физико-химических основ теории горения и газификации углерода имели работы [88, 90 [c.12]

Гетерогенные процессы, сопровождаемые химической реакцией, могут быть трех типов 1) когда реакция протекает на поверхности раздела фаз, этот тип характерен для процессов с участием твердой фазы Т — Ж Т—Г Г — Ж — Т и др. 2) когда реакции протекают в объеме одной из фаз после переноса в нее вещества из другой такие процессы наиболее распространены и могут идти с участием любых фаз в системах Г — Ж, Ж — Ж (несмешивающиеся), Т — Ж, Г — Ж—Т и др. 3) когда реакция происходит на поверхности вновь образующейся фазы этот тип возможен для процессов взаимодействия твердых фаз. Если гетерогенный процесс идет в кинетической области, то для первых двух указанных типов справедливы законы кинетики гомогенных процессов. При этом скорость процесса лимитируется скоростью химических реакций, описывается кинетическими уравнениями реакций, порядок которых зависит от числа и природы реагентов. Для кинетики гетерогенных процессов в диффузионной области характерны следующие особенности а) сравнительно малые величины условной энергии активации б) сравнительно малое влияние температуры на скорость процесса, что видно хотя бы из значений температурных коэффициентов диффузии, которые для жидкостей и газов колеблются в пределах 1,1—1,5 (если только повышение температуры не меняет фазового состояния реагентов) в) большое влияние турбулизации системы (перемещивания) на скорость процесса. [c.153]

Для процессов, протекающих в диффузионной области, скорость реакции изменяется значительно медленнее, так как проявляется только через изменение коэффициента диффузии. Скорость гетерогенных процессов, которая зависит как от скорости диффузии, так и от химической кинетики, также изменяется с изменением темнера гу-ры, однако по более сложному закону. Наконец, сложный характер зависимости скорости от температуры имеют химические процессы, осложненные побочными реакциями. При повышении температуры скорость побочных реакций может расти быстрее, (чем скорость основной реакции. В этом случае повышать температуру процесса невыгодно, так как выход целевого продукта уменьшается. В противном случае процесс предпочтительнее вести при более низкой температуре, поскольку это приводит к повышению скорости взаимодействия реагентов и увеличению выхода целевого продукта. [c.230]

Равновесие и кинетика гетерогенных процессов, зависят от множества факторов в соответствии с этим количественная характеристика этих процессов является сложной. Поскольку гетерогенный процесс представляет собой совокупность взаимосвязанных физико-химических явлений и химических реакций, то, с точки зрения химической технологии, нельзя рассматривать эти явления, взятые в отдельности. Однако с целью количественной интерпретации сложного технологического процесса допустимо расчленение его на отдельные стадии и анализ каждой из них. Такой анализ дает возможность установить, в какой области — диффузионной или кинетической — идет процесс, т. е. массообмен между фазами или химические реакции лимитируют общую скорость процесса. Далее при расчете допустимо пренебречь той стадией процесса, которая оказывает малое влияние, если только скорости диффузии и химических превращений не соизмеримы. [c.124]

Изменив условия реагирования (температуру, скорость и состав газового потока, размер частиц и др.), можно оценить практическое значение кинетики и диффузии в гетерогенном процессе с точностью до 90 - 95% и выше. [c.124]

Из этого далеко не полного изложения основного уравнения кинетики гетерогенных процессов следует, что процессы диффузии занимают очень большое место в расчетах технологических процессов химических производств, составляют раздел курса процессов и аппаратов химической технологии, а также специальных ее курсов. Поэтому в данном пособии на расчетах, связанных с процессами диффузии, мы останавливаться не бу.дем. [c.225]

Диффузией называется процесс самопроизвольного перемещения вещества, приводящий к установлению равномерного распределения концентраций в объеме. Роль диффузии в кинетике гетерогенных процессов большая — чтобы процесс протекал с достаточной скоростью, продукты реакции должны удаляться с поверхности раздела фаз, что также происходит путем диффузии. [c.230]

КИНЕТИКА ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ. ДИФФУЗИЯ И АДСОРБЦИЯ В ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССАХ [c.255]

Диффузия. Диффузией называется процесс самопроизвольного перемещения вещества, приводящий к установлению равномерного распределения концентраций в объеме. Роль диффузии в кинетике гетерогенных процессов станет понятной, если учесть, что для начала процесса необходимо естественное (или принудительное) движение веществ одной фазы к поверхности другой, например, кислорода к углю в реакции горения последнего. Чтобы процесс протекал с достаточной скоростью, продукты реакции должны удаляться с поверхности раздела фаз, что также происходит путем диффузии. [c.255]

Основные принципы расчета реакторов для гетерофазных процессов в системе газ - твердое тело. Особенностью кинетики гетерогенных процессов и, в частности, процессов в системе газ - твердое тело является их многостадийность - обязательное наличие наряду с одной или несколькими чисто химическими стадиями (т.е. одной или несколькими химическими реакциями) стадий, которые можно было бы назвать физическими (при их протекании не происходит химических превращений). Последние связаны с переносом вещества от одной фазы к другой, причем концентрация вещества в разных фазах (или в ядре фазы и на поверхности раздела) различная. Разность концентраций является движущей силой этих процессов переноса (диффузионных). В общем случае скорости отдельных стадий, составляющих гетерогенный процесс, могут существенно различаться и по-разному зависеть от изменения параметров технологического режима. Например, температура неодинаково влияет на скорости химической реакции и переноса веществ за счет диффузии. [c.653]

В газах или гомогенных растворах диффузионные процессы не оказывают существенного влияния на скорость обмена. Если же обменная реакция происходит на поверхности соприкосновения двух фаз, то скорость подвода к этой поверхности или отвода 01 нее участников обмена путем диффузии может не только влиять на кинетику обмена, но и полностью ее определять. Последнее будет в случае, когда диффузия идет медленнее химической реакции обмена. С этим фактором нужно особенно считаться при обмене с твердыми телами, в которых диффузия идет гораздо медленнее, чем в жидкостях и газах. Закономерности химической и диффузионной кинетики различны. Поэтому при медленной диффузии кинетика гетерогенного обмена также отличается от гомогенной. [c.353]

Основы электрохимической кинетики. Общие законы кинетики приложимы и к процессам, протекающим на электродах, например к процессам разряда ионов на катоде и аноде. Система электрод — раствор является гетерогенной, а потому ее следует рассматривать с точки зрения кинетики гетерогенных процессов. В таких процессах большую роль играет диффузия. Часто диффузия оказывается наиболее медленной стадией гетерогенной реакции и поэтому определяет скорость всего процесса в целом. Отсюда следует, что практически в системе электрод — раствор скорость, с которой вещество поступает на поверхность электрода, регулирует н скорость реакции, если электрохимическое превращение совершается быстрее, чем диффузия. Имеет большое значение и последняя стадия — удаление продуктов реакции с поверхности в раствор. Поэтому скорость собственно электрохимической стадии надо измерять в условиях энергичного перемешивания раствора, обеспечивающего надлежащую скорость поступления вещества к электроду. [c.286]

С понятием о пути диффузии и соотношениями, описывающими его , зависимость от скорости потока, связан ряд упрощенных концепций, ыг-равших, однако, положительную роль на первых этапах развития кинетики. гетерогенных процессов (Щукарев, Нернст, Нойес, Лангмюр). Сог-и ласно этим концепциям, на поверхности твердого тела образуется слой [c.364]

Обозначим константу скорости реакции первого порядка в слое твердых частиц порозностью через к. Будем рассматривать гетерогенные реакции в системе газ — твердые частицы их общая скорость лимитируется либо диффузией, либо кинетикой реакции адсорбции или десорбции. В первом случае процесс может лимитироваться внутренней диффузией (в порах частицы) либо внеш-йей (к наружной поверхности частицы). Общая скорость реакционного процесса максимальна в случаях, когда лимитирующей стадией является внешняя диффузия. Кроме того, диффузия может контролировать процесс в слое с барботажем пузырей, когда наиболее медленной стадией является приток свежего реагента от пузырей к непрерывной фазе. [c.311]

Для вывода дифференциального уравнения, описывающего кинетику гетерогенно-каталитического процесса в сферической пористой таблетке, используем уравнение баланса реагента А в ее элементарном объеме. Поскольку каждая таблетка в реакторе со всех сторон обдувается газом с постоянной концентрацией реагентов, можно считать, что скорость диффузионного процесса в сферической таблетке будет зависеть только от расстояния г до центра таблетки. Поэтому для упрощения вывода в качестве элементарного объема выбирается объем в виде полой сферы, равный Апг йг. Сферический элементарный объем ограничен двумя сферами с радиусами г и г г. Площадь поверхности первой сферы будет равна 4лг , второй — 4л(г + л) . Приход реагента А в элементарный объем будет определяться диффузией через поверхность сферы с радиусом г + dг. Согласно уравнению Фика количество вещества в потоке будет равно [c.649]

Одним из основных объектов исследования в электрохимической кинетике является стадия перехода заряженных частиц через границу раздела фаз — стадия разряда-ионизации. Поскольку электрохимические реакции представляют собой гетерогенные процессы, то неотъемлемыми их стадиями служат подвод реагирующих частиц к границе раздела фаз и отвод продуктов реакции. Поэтому изучение закономерностей этих стадий также составляет предмет электрохимической кинетики. Соответствующий раздел кинетики электродных процессов называют диффузионной кинетикой или электрохимической макрокинетикой. Электродные процессы часто включают химические стадии, протекающие в объеме раствора или на поверхности электрода, стадии образования новой фазы, поверхностной диффузии и др. В общем случае закономерности электрохимической реакции [c.6]

В зависимости от того, в одной или нескольких фазах находятся компоненты, реакции, различают кинетику гомогенных реакций и кинетику гетерогенных реакций. В гетерогенных системах процесс в целом состоит по меньшей мере из двух последовательных стадий диффузии реагирующих веществ к поверхности раздела фаз и химической реакции на поверхности. Разница между скоростями каждой стадии может быть очень большой. В этом случае скорость процесса в целом определяется скоростью наиболее медленной стадии, которая называется лимитирующей, или определяющей стадией. Если скорость процесса определяется химическим взаимодействием веществ на поверхности, то говорят, что реакция протекает в кинетической области. Если же определяющая стадия — подвод реагирующего вещества в зону реакции за счет диффузии, то считается, что реакция протекает в диффузионной области. Скорости реакции и диффузии могут быть соизмеримы. Тогда скорость всего процесса представляет собой сложную функцию кинетических и диффузионных явлений, и процесс протекает в переходной области. [c.228]

Диффузия имеет большое значение в гетерогенных процессах, поскольку за счет ее происходит изменение концентрации в приповерхностном слое, влияющее на кинетику процесса. Диффузия описывается законами Фика. [c.260]

Скорости электродных процессов рассматриваются обычно с применением тех же приемов, что и скорость химических реакций. Но при этом, однако, нужно иметь в виду сложность протекания большинства электрохимических превращений по сравнению с химическими, а также то, что решающая роль здесь принадлежит плотности тока . Процесс разряда ионов, как известно, происходит на фазовой границе электрод — электролит. Таким образом, электродные реакции являются гетерогенными процессами, кинетика которых определяется многими специфическими затруднениями. Помимо собственно разряда, т. е. перехода ионов из одной фазы (раствора) в другую (газ, металл), процесс обычно включает в себя миграцию, диффузию и конвекцию частиц, совместный разряд ионов примесей, некоторое растворение (коррозию) уже осажденного ранее металла и другие, сопутствующие процессу разряда явления, которые осложняют суммарный эффект. Реальная электрохимическая система не может быть правильно истолкована без учета всех явлений, предшествующих элементарному акту разряда и сопровождающих его. Электродная реакция может быть представлена рядом последовательных стадий, через которые она проходит. Такими стадиями являются [c.240]

Кинетика обратимого электрохимического процесса имеет большое сходство с кинетикой гетерогенных процессов, когда лимитиру-лощей стадией является доставка вещества. Однако есть и различие. Первая особенность состоит в том, что кроме диффузии и конвекции иоиы могут доставляться к электроду за счет миграции, т. е. под действием электрического поля. Если в катодном процессе участвует катион, то под влиянием миграции скорость движения иона и его доставка к электроду увеличиваются, если анион, то уменьшаются. В анодном процессе скорость катиона за счет мигра- [c.390]

С понятием о пути диффузии и соотношениями, описывающими его зависимость от скорости потока, связан ряд упрощенных концепций, сыгравших, однако, положительную роль на первых этапах развития кинетики гетерогенных процессов (А. Н. Шука-рев, В. Нернст, Нойес, И. Лангмюр). Согласно этим концепциям, на поверхности твердого тела образуется слой текучего с измененными физико-химическими свойствами. Так, например, по наиболее примитивным представлениям принималось, что этот слой неподвижен и является непромешиваемым. Допускалось, что с увеличением скорости потока меняется лишь толщина этого слоя. [c.372]

Обе стадии протекают с различной скоростью, и кинетика растворения зависит от соотношения этих скоростей. Классические работы в этой области Нойеса и Уитнея, Бруннера и Нернста, Щукарева и др. привели их к заключению, что скорость растворения твердых тел определяется скоростью диффузии. Позднее Нернст более детально разработал диффузионную теорию кинетики гетерогенных процессов. Согласно этой теории процесс взаимодействия твердого тела с растворителем на границе раздела фаз идет значительно быстрее диффузии продуктов растворения в объем и растворителя к поверхности. В таком случае скорость растворения определяется скоростью диффузии, как наиболее медленной стадии процесса. [c.227]

Понятие о пути диффузии широко использовалось в ранних теориях кинетики гетерогенных процессов. Так, растворение твердых тел в жидкостях рассматривалось как два последовательных процесса образование тонкого слоя насыщенного раствора с концентрацией Сп на поверхности тела и диффузия вещества из этого слоя в объем растворителя. Первый процесс происходит намного быстрее, чем второй. Поэтому последний и становится лимитирующим. При этом полагали, что тонкий слой жидкости на поверхности твердого тела является неподвижным и не промешивается. Вещество переносится через этот слой только молекулярной диффузией. Толщина такого слоя, называемого диффузионным, равна пути диффузии Д. Концентрация вещества на одной стороне слоя равна С , а на другой равна концентрации Со во всем объеме растворителя. В соответствии с законом Фика скорость растворения d Idt выражается уравнением [c.260]

Существенные успехи достигнуты за последние годы в развитии теории процессов в усложненных условиях, типичных для промышленных аппаратов, в которых поток, теплоотвод и диффузия определяют протекание процесса. ТодесБоресков , Пшежецкий и Рубинштейн О , Зельдович Франк-Каменецкий, Дьяконов, Ройтер и Орочко — создали новый раздел макроскопической кинетики гетерогенных газовых реакций. Левич и Фрумкин, Елович и Жаброва заложили основы макроскопической кинетики гетерогенных процессов [c.9]

Теория Нернста является качественной теорией диффузионной кинетики гетерогенных процессов, так как она не дает теоретического выражения для толщины диффузионного слоя б. Следовательно, теоретически не может быть рассчитано абсолютное значение этого потока. Количественная теория диффузионной кинетики гетерогенных процессов основывается на различных решениях дифференциальных уравнений молекулярной или конвективной диффузии rank I., 1956 Голубев В. С., Гарибянц А. А., 1968]. [c.12]

Для кинетики гетерогенных процессов в диффузионной области характерны следующие особенности а) сравнительно малые величины условной энергии активации б) сравнительно малое влияние температуры на скорость процесса, что видно хотя бы из значений тедшературных коэффициентов диффузии, которые для жидкостей и газов колеблются в пределах 1,1—1,5 (если только повышение температуры не меняет фазового состояния реагентов) в) большое влияние турбулизации системы (перемешивания) на скорость процесса. [c.159]

Кинетика гетерогенных процессов обмена в общем случае определяется скоростяхми протекания целого комплекса микро-и макроскопических процессов скоростями химических реакций, интенсивностью адсорбционно-десорбционных процессов, скоростью диффузии реагентов в гидродинамическом пограничном слое и т.д. Полное и точное математическое описание всех этих процессов приводит к громоздким системам дифференциальных и интегро-дифференциальных уравнений, решение которых с необходимой точностью не всегда удается получить не только аналитически, но даже численными методами. Трудности полного математического описания кинетики гетерогенных процессов являются причиной широкого распространения методов формальной кинетики, в которой используются линейные или нелинейные кинетические дифференциальные уравнения, в состав которых входят константы, определяемые в результате обработки экспериментальных данных. Такие кинетические уравнения удовлетворительно описывают кинетику процессов обычно только для отдельных элементов общей поверхности межфазного контакта для отдельного зерна катализатора, для единичного элемента диспергированного адсорбента и т. д. С другой стороны, расчет технологических процессов требует анализа кинетики гетерогенного обмена для всей поверхности межфазного контакта, с учетом реальных условий протекания процесса в конкретном аппарате или реакторе. На практике в большинстве случаев условия протекания гетерогенного обмена неодинаковы в различных частях общей поверхности межфазного контакта и могут различным образом изменяться во времени. Причинами этого являются застойные зоны, флуктуации скоростей относительного движения фаз, пузыри и каналообразованне в реакторах с кипящим слоем и т. д. Таким образом, даже если в распоряжении исследователя имеется адекватное математическое описание кинетики процесса для отдельного элемента поверхности межфазного контакта, переход к описанию кинетики исследуемого процесса на всей поверхности межфазного контакта в условиях реального промышленного аппарата может оказаться достаточно сложным вследствие того, что многие физические процессы, влияющие на функционирование реальных аппаратов, имеют стохастическую природу. [c.197]

В ней освещены важнейшие особенности обмена ионов на различ-, ных органических и неорганических ионитах — ионообменных смолах, целлюлозных ионитах, глинах, почвах и слюдах, кратко излагаются >1ембранное равновесие, кинетика гетерогенных процессов, теория адсорбции на неоднородных а)1Сорбентах. Кроме того, рассматриваются диффузия и миграция ионов в ионитах — вопросы, имеющие непосредственное отношение к кинетике ионного обмена. [c.312]

Основы электрохимической кинетики. Общие законы кинетики ириложи.мы и к процессам, протекающим на электродах, напри -.1ер к npoue a vi разряда ионов на катоде и аноде. Система электрод — раствор является гетерогенной, а потому ее следует рассматривать с точки зрения кинетики гетерогенных процессов. В таких процессах большую роль играет диффузия. Часто диффузия оказывается наиболее медленной стадией гетерогенной реакции и поэтому определяет скорость всего процесса в целом. Отсюда следует, что практически в системе электрод — раствор скорость, с которой вещество поступает на поверхность электрода, регулирует и скорость реакции, если электрохимическое превращение совершается быстрее, чем диффузия. Имеет большое значение [c.360]

Нернст (1904) перенес предположение о замедленности диффузионной стадии в процессе растворения на гетерогенные химические реакции и создал общую диффузионную теорию кинетики гетерогенных процессов. Таким образом, выражение (XIII, 27), являющееся уравнением для расчета константы скорости реакции первого порядка, даст возможность подсчитать процесса растворения или гетерогенной химической реакции для случая, когда скорость реакции определяется диффузионной стадией. С увеличением температуры константа скорости растет в соответствии с температурным коэффициентом диффузии. Для большинства водных [c.459]

Электродные процессы электрохимической коррозии металлов обязательно включают в себя, как всякий гетерогенный процесс, помимо электрохимической реакции, стадии массопереноса, осуществляемые диффузией или конвекцией отвод продукта анодного процесса (ионов металла) от места реакции — поверхности металла, перенос частиц деполяризатора катодного процесса к поверхности металла и отвод продуктов катодной деполяризацион-ной реакции от места реакции — поверхности металла в глубь раствора и т. п. Суммарная скорость гетерогенного процесса определяется торможениями его отдельных стадий. Если, однако, торможение одной из последовательных его стадий значительно больше других, то сумм.арная скорость процесса определяется в основном скоростью этой наиболее заторможенной стадии. В коррозионных процессах довольно часты случаи диффузионного или диффузионно-кинетического контроля, т. е. значительной заторможенности стадий массопереноса. В связи с этим диффузионная кинетика представляет теоретический и практический интерес. [c.204]

Внешняя массо- и теплопередача. Помимо процессов диффузии и теплопередачи внутри пористой частицы, существенное влияние на макроскопическую скорость каталитической реакции может оказывать массо- и теплообмен между внешней поверхностью частицы и омывающим ее потоком. Гетерогенно-каталитический процесс всегда проводится в условиях интенсивного движения реагирующей смеси при этом в основной части ( ядре ) потока молекулярная диффузия играет пренебрежимо малую роль по сравнению с конвекцией, благодаря которой происходит выравнивание состава и температуры смеси. Y твердой поверхности скорость потока обращается, однако, в нуль поэтому вблизи поверхности Ейзренос вещества будет определяться молекулярной диффузией реагентов. В первых работах по диффузионной кинетике гетерогенных реакций, принадлежащих Нернсту [11 ], принималось, что вблизи поверхности существует слой неподвижной жидкости толщиной б и диффузия через этот слой ли- [c.102]

Наиболее ранняя пленочная модель была предложена Льюисом и Уитменом, развившими взгляды Нернста на кинетику растворения твердых тел и некоторых других гетерогенных процессов. Согласно этой модели, в каждой фазе непосредственно к ее границе примыкают неподвижные или ламинарно движущиеся пленки, в которых перенос осуществляется только молекулярной диффузией. В пленках сосредоточено все сопротивление массоотдаче. Поэтому градиенты концентраций возникают лишь внутри пограничных пленок, в ядре фазы концентрации постоянны и равны средним концентрациям. Кроме того, в модели приняты допущения, указанные выше. Таким образом, этой модели соответствует схема, отличающаяся от приведенной на рис. Х-5 тем, что весь пограничный слой является областью, где отсутствует перемешивание турбулентными пульсациями и изменение концентрации в нем происходит линейно. [c.396]

Кинетика гетерогенных каталитических реакций. Многоста-дийиость гетерогенных процессов является причиной того, что кинетические характеристики гетерогенной каталитической реакции (константа скорости, порядок реакции), найденные экспериментально, могут отличаться от соответствующих характеристик химического процесса, протекающего на поверхности катализатора. Например, порядок каталитической реакции, лимитируемой диффузией, обычно равен единице, так как скорость диффузии пропорциональна концентрации в первой степени вне зависимости от порядка процесса на поверхности катализатора. Получаемые экспериментально константа скорости и порядок реакции называются кажущимися в отличие от истинной константы скорости и истинного порядка, относящихся к химической реакции на поверхности катализатора. Установление истинных кинетических характеристик связано с выяснением роли отдельных стадий и имеет значение для вскрытия механизма каталитического процесса. [c.274]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология