Нестационарные химические процессы

Изучение динамических режимов химического процесса включает изучение вопросов и динамики химических реакций, в том числе нестационарной кинетики, т.е. скорости реакции при любых изменениях условий протекания процесса (переходные режимы, случайные или принудительные возмущения в условиях процесса). Встречается способ построения динамической модели, заключающийся. в том, что к уравнению, описывающему стационарный режим, дописывают инерционный член, характеризующий накопление вещества и тепла. В этом случае общая структура явлений сложного процесса сохраняется. Но в многостадийной каталитической реакции в переходном режиме меняются также концентрации промежуточных веществ. Тогда нестационарная кинетическая модель будет отличаться от стационарной, поскольку последняя построена на основе теории стационарных скоростей реакции. Покажем это на простейшем примере [317] гетерогенно-каталитической реакции [c.240]

Нестационарным элементом процесса совсем другого типа является регенератор. В металлургии регенераторы применяются уже давно, в химической же промышленности они используются только около 40 лет (регенераторы Френкеля). Для регенераторов характерен периодический способ действия, причем цикл их работы состоит из последовательных нестационарных периодов. Так, например, в случае применения регенераторов для получения кислорода (рис. 14-3) в первом периоде работы через регенератор (колонна со специальной металлической насадкой) пропускается холодный воздух, поступающий из разделительной колонны. Температура насадки приблизительно через 3 мин становится равной температуре газа. Во втором периоде через насадку регенератора в противоположном направлении проходит сжатый атмосферный воздух. При этом воздух охлаждается, а насадка нагревается, затем цикл повторяется. Это простое по виду устройство требует, однако, решения целого ряда технических проблем. Его внедрение обусловило быстрое развитие кислородного производства [13], так как создало возможность постройки кислородных заводов большой мощности. [c.302]

В-4. Нестационарные химические процессы [c.221]

Нестационарные химические процессы 121 [c.237]

Чтобы ответить на вопрос об устойчивости стационарного режима химического процесса, необходимо, таким образом исследовать переходные процессы в реакторе, которые описываются системой нестационарных уравнений материального и теплового баланса. Уравнения эти нелинейны и даже в простейших случаях не могут быть решены аналитически. Задачу, однако, можно существенно упростить, учитывая то, что для анализа устойчивости достаточно исследовать лишь малые отклонения от стационарного состояния. Поэтому нелинейные кинетические функции, входящие в уравнения материального и теплового балансов, можно разложить в ряд Тейлора в окрестности стационарного режима и, пренебрегая высшими членами разложения, представить их в виде линейных функций отклонения переменных от их стационарных значений. В результате получаем гораздо более простую систему линейных уравнений, правильно описывающую переходные процессы в области, достаточно близкой к стационарному состоянию. Эту линейную систему в ряде случаев удается решить или исследовать аналитически, определив тем самым общие условия устойчивости процесса. [c.324]

Так, простая модель нестационарного химического процесса имеет вид [c.67]

В применении к непрерывным химическим процессам, протекающим в потоке, этот закон выражают в виде дифференциального уравнения, в котором в качестве переменных фигурируют концентрация, время и расстояние от входа в аппарат. При стационарном режиме в любой точке аппарата концентрация не зависит от времени поэтому можно рассматривать только две переменные, т. е. концентрацию и время или пространственную координату. Для описания нестационарных процессов приходится использовать дифференциальные уравнения в частных производных. [c.117]

С развитием математического моделирования процессов и реакторов и исследованием с помощью математических методов динамических процессов нестационарной кинетики математика сделалась органическим вплетением в логические основания и химии, и химической технологии. И если в настоящее время учение о химических процессах называют и химической физикой (школа И, Н. Семенова), и физической кинетикой, то цементирующим элементом в системе, которая включала в себя химические и физические представления о химико-технологическом процессе, является скорее всего именно математика. И что особенно интересно и важно — это то, что в этой системе происходит развитие одновременно и параллельно и химических, и физических, и технических, и математических знаний. Дело в том, что решение кинетических задач оказалось невозможным в рамках классической теории дифференциальных уравнений. Сложный нелинейный характер протекания химических процессов выдвинул ряд новых задач, решение которых обогатило собственно и математику. В последние несколько лет создалась новая дисциплина, пограничная между математикой и химией, а фактически между математикой и теорией химической технологии, которая призвана решать задачи химии в основном в связи с созданием промышленного химического процесса, — математическая химия, призванная служить надежным теоретическим основанием учения о химических процессах. [c.163]

В табл. 111-2 приведены математические описания непрерывных нроцессов для различных условий перемешивания при стационарном режиме. Там же приведены возможные граничные условия, основанные на отсутствии выноса вещества и тепла из аппарата во входном сечении и на фиксировании ситуации в выходном сечении . Нестационарные режимы и соответствующие начальные условия рассмотрены в главе IV. Рассмотрение кинетики химических процессов в изотермических аппаратах выполнено Г. М. Панченковым для систем идеального вытеснения в 1948 г. [111, а для систем идеального перемешивания в 1964 г. [12]. [c.94]

Изложенная схема решения задачи идентификации отнюдь не является универсальной. Она обладает суш,ественными ограничениями, связанными с теми допущениями, которые заложены в исходной постановке задачи. К характерным ситуациям, которые не укладываются в рамки рассмотренной выше схемы решения задачи идентификации, можно отнести следующие неизвестные параметры не являются постоянными, а плывут во времени отсутствует априорная информация о дисперсии ошибок измерений шумы объекта и помехи измерений являются случайными процессами, отличными от белого шума шумы объекта представляют реализации нестационарных случайных процессов шумы объекта и помехи измерений коррелированы и т. п. Перечисленные ситуации особенно характерны для нроцессов химической технологии. Практически каждый из перечисленных случаев осложнения задачи идентификации требует применения специальных приемов и методов, которые в значительной мере определяются конкретными условиями задачи. Общие методы преодоления указан- [c.494]

Особенностью адсорбционных систем является совокупность стационарных и нестационарных математических моделей, описывающих физико-химические процессы (равновесие), кинетику и динамику таких систем. [c.9]

К настоящему времени полнее всего разработаны основы математического моделирования химических реакторов с неподвижным слоем катализатора, работающих в стационарном режиме. Прп решении таких задач, как моделирование процессов, протекающих на катализаторе с изменяющейся во времени активностью, ведение процесса в искусственно создаваемых нестационарных условиях, оптимальный пуск н остановка реактора, исследование устойчивости химических процессов, разработка системы автоматического управления и другие, важно знать динамические свойства разрабатываемого контактного аппарата. Для этого необходимо построить и исследовать математическую модель протекающего в реакторе нестационарного процесса [И]. В настоящей работе, посвященной разработке реакторов с неподвижным слоем катализатора на основе методов математического моделирования, вопросы, связанные с нестационарными процессами, будут излагаться наиболее подробно. [c.6]

Матрос Ю. Ш., Кириллов В. А., Слинько М. Г. Общие принципы построения модели нестационарных процессов в неподвижном слое катализатора.—В кн. Моделирование химических процессов и реакторов. Т. 3. Новосибирск изд. ИК СО АН СССР, 1972, с. 62 -75. [c.23]

Разработаны различные нестационарные способы организации химических процессов в адиабатических слоях катализатора [4], из которых значительная часть основана на идее распространения узкой высокотемпературной реакционной зоны по слою катализатора. [c.78]

В заключение важно отметить, что в подходах к проблеме химической эволюции у И. Р. Пригожина и А. П. Руденко есть много общего. Общим является отрицание актуалистических теорий и противопоставление им эмпирически обоснованных теорий, решающих вопрос о возникновении порядка из хаоса, о саморазвитии открытых химических систем. Общим является также привлечение в качестве отправного пункта неравновесной термодинамики, статистических, кинетических и информационных принципов, или методов, исследования. Различие же состоит главным образом в разных самоорганизующихся объектах и разных целях исследования. У Пригожина такими объектами являются макросистемы, а основная цель исследования — доказательство принципиальной возможности самоорганизации. Концепция Пригожина не описывает химическую эволюцию с естественным отбором. Руденко, напротив, исследует самоорганизацию микросистем, преследуя цель реконструкции всего хода химической эволюции через естественный отбор вплоть до выяснения механизма ее тупиковых форм и биогенеза. В этом смысле можно сказать, что теория Руденко предметнее отражает проблемы эволюционной химии как самостоятельной концептуальной системы. Эта теория может уже сегодня решать практические задачи освоения каталитического опыта живой природы и управления химическими процессами, относящимися к нестационарной технологии. Перед учением Пригожина такого рода задач сегодня поставить нельзя. Однако если говорить [c.216]

В-третьих, в последние два десятилетия кинетика газофазных реакций переплелась с таким разделом физики, как молекулярная динамика в связи с изучением нестационарных химических реакций. В изучаемых нестационарной кинетикой системах физический процесс передачи возбуждения от молекулы к молекуле протекает одновременно с быстрым химическим превращением, так что скорость процесса определяется сочетанием характеристик происходящих в системе элементарных актов как физической, так и химической природы. По существу, нестационарные процессы представляют собой физико-химическую динамику [c.367]

Здесь наблюдается прогрессивное нарастание концентрации свободных радикалов, а следовательно, и скорости цепной реакции. Через каждые 1/ф сек концентрация свободных радикалов, а следовательно, и скорость цепной реакции возрастает в е раз и за время нескольких интервалов 1/ф практически полное отсутствие реакции сменяется взрывным протеканием процессов. Для разветвленных цепных реакций характерно наличие двух резко различающихся режимов протекания процесса. Если скорость обрыва больше скорости разветвления цепей, то протекает стационарный режим процесса, причем скорость процесса неизмеримо мала. Если скорость обрыва меньше скорости разветвления, то развивается нестационарный автоускоряющийся процесс, заканчивающийся цепным воспламенением смеси. Переход от условия к условию может произойти при незначительном изменении одного из параметров, определяющих скорости обрыва или разветвления цепей давления, температуры, состава смеси, размера реакционного сосуда, состояния стенок сосуда. Таким образом, незначительное изменение одного из параметров может вызвать переход от неизмеримо медленной стационарной реакции к быстрому взрывному процессу или наоборот. Такие явления в химической кинетике называются предельными или критическими явлениями. Значение параметра, при котором происходит переход от одного режима к другому, называется пределом воспламенения. [c.306]

Рассмотрим моделирование химического процесса А + 2В = О, 2А + О = Е, протекающего в реакторе с мешалкой непрерьшного действия в изотермических нестационарных условиях. Задан объем реактора, и объемный расход подачи исходной смеси, известны кинетические параметры процесса. Математическое описание процесса имеет вид системы дифференциальных уравнений [c.222]

Нестационарными называются процессы теплопроводности, характеризующиеся изменением температуры тела не только в пространстве (от точки к точке), ио и во времени Q = = I (х, у, г, х). Нестационарные процессы теплопроводности встречаются в химической технологии в случае нагревания нлн охлаждения твердых тел различной формы при их непосредственном контакте с горячими или холодными потоками жидкостей или газов. Если, например, нагретое твердое тело вводится в холодный поток жидкости (газа), то в результате теплообмена сначала охлаждаются поверхностные слои тела, но с течением времени процесс охлаждения проникает в глубь тела. Между точками на поверхности тела и в его центре создается разность температур, которая с течением времени уменьшается, достигая нуля в момент, когда температура во всех точках тела выравнивается и становится равной температуре омывающего потока. В этот момент теплообмен прекращается, т. е. наступает тепловое равновесие. [c.319]

Помимо равновесных реакций методами ЯМР можно исследовать и нестационарные химические реакции. В этом случае система сначала переводится в химически неравновесное состояние и затем ее переход к равновесию наблюдается как функция времени. Неравновесное состояние может быть создано методом остановленного потока [2.45—2.52], оптически индуцированными фотореакциями в связи с химически индуцированной динамической поляризацией ядер (2.53—2.56] или внезапным изменением параметра, влияющего на химическое равновесие. Преимущества фурье-спектроскопии как метода измерения параметров переходных процессов не вызывают сомнений [2.57]. [c.84]

В данном разделе мы приведем достаточно общий математический формализм для описания эффектов как равновесного, так и нестационарного обмена в магнитном резонансе. В наиболее ранних исследованиях химического обмена рассматривались главным образом равновесные процессы. Здесь мы хотели бы выделить не столько традиционные вопросы, связанные с химическим обменом, сколько подчеркнуть изменения, необходимые для описания нестационарных явлений и химических реакций более высоких порядков. Сначала, в разд. 2.4.1, мы дадим обзор матричного формализма классической кинетики, с помощью которого можно описать реакции более высоких порядков. Затем, в раэд. 2.4.2, мы рассмотрим модифицированные уравнения Блоха для случаев нестационарных и равновесных химических реакций первого и более высоких порядков. Наконец, в разд. 2.4.3 развивается общий формализм на основе оператора плотности для описания сложных спиновых систем, участвующих в нестационарных химических реакциях произвольного порядка. [c.84]

Если фактором Х1 является температура проведения химического процесса и нарушение тождественности отображения (7.1.5.2) происходит для него, то это значит, что рассматривается случай неизотермического течения химической реакции. При обработке таких экспериментальных данных, полученных в нестационарных условиях, в качестве оператора J целесообразно взять интегральную форму вида [c.616]

Уменьшение усилия в этих двух случаях количественно происходит различно. При химической релаксации обычно иосле начального нестационарного участка процесс описывается прямой в логарифмических координатах igi / o— ё (рД °о начальное напряжение), при озонном растрескивании—прямой в линейных координатах Р/Рц—(см. стр. 302) или в полулогарифмических координатах Р1Р —1 (рис. 148)1 . [c.267]

Из выражения для критерия стационарности следует, что нестационарный химический процесс может рассматриваться как ква-зистацйонарный в пределах определенного интервала времени наблюдения ( l/( ,J— 0). [c.67]

Кинетическая модель нестационарного химического процесса запшется [c.207]

Гетерогенный реактор с твердыми частицами катализатора -это динамическая система, в которой в просфанстве и во времени объединены сложные физико-химические процессы, происходящие на поверхности и внутри пористого катализатора, внутри и на фаницах реакционного объема в целом. В стационарном режиме все потоки объединены материальными и энергетическими балансами. Поэтому редко удается организовать каталитический процесс так, чтобы все его уровни - от поверхности катализатора до контактного отделения - работали в режиме, соответствующем оптимальному. Например, состав, сфуктура и свойства катализатора определяются состоянием газовой фазы. Следовательно, повлиять существенно на характеристики катализатора, работающего в стационарных условиях, не представляется возможным, так как состав газовой фазы предопределен степенью превращения и избирательностью. В нестационарном режиме, оказывается, можно так периодически изменять состав газовой фазы или таким образом периодически активировать катализатор, что его состояние будет значительно [c.304]

Для сложных неоднородных структур трудно определить процессы переноса вещества и тепла от химического процесса. При строгом расчете скорости реакции в пористом зерне надо знать полную геометрию пористой структуры, а не только функции распределения пор по радиусам и общее число неоднородностей. Так, например, точный расчет возможен для правильных, бидисперсных структур. При наличии структуры, состоящей из длинных макропор с короткими микропорами, эффективный коэффициент диффузии равен коэффициенту диффузии в макропорах. Для сложных неправильных структур значения эффективного коэффициента диффузии, определяемые соответствующими уравнениями переноса, в отсутствие реакции и при ее протекании различны они зависят от глубины работающего слоя катализатора. Еще более отличаются один от другого стационарный и нестационарные эффективные коэффициенты диф- фузки. [c.474]

В работах, связанных с созданием пульсационной аппаратуры для процессов экстракции, сорбции, растворения, выщелачивания, смешения фаз, показана высокая эффективность искусственно создаваемых нестационарных гидродинамических процессов, протекающих с участием жидкой фазы [10]. Наиболее наглядно это видно на примерах аппаратов идеального перемешивания, в которых протекает реакция второго порядка (см., например, [И, 12]). Производительность реактора в нестационарных режимах возрастает по сравнению со стационарным на величину, пропорциональную квадрату амплитуды пульсаций входных концентраций, достигая максимальных значений при очень низких частотах. Производительность реактора становится еще больше, если периодически изменяется не только состав, но и расход, особенно, если амплитуды этих пульсаций велики и находятся в противофазе. Нестационарные режимы оказались наиболее эффективными в тех случаях, когда выражения для скоростей химических превращений имели экстремальные свойства или реакции были обратимыми. Особенно действенным каналом возбуждения для многих нестационарных процессов является температура теплоносителя. Для последовательных реакций в реакторе идеального перемешивания при неизменной температуре можно добиться увеличения избирательности, если порядки основной и побочной реакций отличаются друг от друга. [c.5]

В работе представлены методологическое обоснование теории, термодинамическая, статистическая модель сложного вещества. Предложены релаксационные, нестационарные, марковские модели физико-химических процессов. Теория подтверждена экспериментом на примере процессов пиролиза, поликонденсации и термополиконденсации. Анализируются отличительные особенности термодинамики многокомпонентных систем, подчеркивается особая роль энтропии в формировании их разнообразия. Рассмотрена специфическая для вещества энтропия разнообразия, рост которой является источником эволюции вещества. Излагается новое направление, необходимое при изучении сложных органических систем - непрерывный, феноменологический подход к спектрам веществ. Анализируются закономерности, открытые нами в спектрах, в частности закон связи различных свойств и спектральных характеристик систем. Последнее означает, что свет несет информацию практически о всех свойствах материи. На основе данных спектроскопии предпринята попытка построения теории реакционной способности многокомпонентных органических систем. Отмечена особая роль квазичастиц- типа структуронов и вакансионов в формировании их реакционной способности. Показана роль слабых химических взаимодействий в гидродинамике многокомпонентных жидких сред. Даны новые подходы к направленному синтезу сложных органических систем. Экологические, геохимические системы и вопросы генезиса углеводородных систем планируется рассмотреть во второй части книги. [c.4]

Что же, для такого определения есть веские основания И дело не столько в том, что когда-то Я. Г. Вант-Гофф в своих Очерках по химической динамике , как считают М, Г. Слинько и Г. С. Яблонский, вкладывал в это понятие именно эволюционный смысл [28, с. 155], с чем трудно согласиться, так как у Вант-Гоффа ие было и намека на постановку проблем самоорганизации и хемогенеза. Дело в том, что нестационарная кинетика, или, по М. Г. Слинько, динамика химических процессов , действительно проникнута экспериментальным материалом, свидетельствующим о самоорганизации и саморазвитии химических систем, и вследствие этого эволюционными идеями. [c.208]

Как видно, эти факты — прямое свидетельство саморазвития открытых каталитических систем. Уже из определения динамики химических процессов, сформулированного М. Г. Слинько, следует, что она, как общая теория, изучающая эволюцию химических систем , должна включать в себя поиск решения задач такой направленности этой эволюции, которая приводит к повышению высоты организации каталитических систем, к увеличению селективности и ускорению базисных реакций, т. е. к общей интенсификации процессов. А это означает, что теория саморазвития открытых каталитических систем А. П. Руденко может стать одним из ведущих звеньев в развитии нестационарной кинетики, ибо иных путей к существенному улучшению работающих в реакторе катализаторов нет, кроме естественного отбора наиболее активных центров катализа и обусловленных этим отбором направленных кристаллоструктурных изменений. Эта теория может быть использована в решении задач изыскания новых оптимальных режимов , о которых говорил М. Г. Слинько в своем докладе на XII Менделеевском съезде [30, с. 9]. В этой связи нельзя не согласиться с утверждением о том, что без соответствующей теории, если опираться лишь на экспериментальные работы на опытных установках, вряд ли можно надеяться на быстрые успехи в создании новых высокоэффективных промышленных процессов, работающих в искусственно создаваемых нестационарных режимах или в окрестности оптимальных неустойчивых стационарных состояний. Чаще всего невозможно в обозримые сроки экспериментально подобрать оптимальные условия осуществления нестационарного процесса. [c.209]

Математическая модель с сосредоточенными параметрами включает в себя переменные, которые зависят только от времени и не зависят от координат. Поэтому при описании нестационарных режимов процессов химической технологип математическая модель с сосредоточеппыми параметрами имеет вид системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Основная физическая предпосылка, которая обычно приводит к модели с сосредоточенными параметрами,— предположение об идеальности перемешивания фаз. [c.5]

Процесс химического реагирования углеродистых материалов с газами следует рассматривать в общем виде как процесс существен-, но нестационарный, протекающий как во времени (времени реагирования), так и в пространстве (по длине реактора или времени коитак-та). Нестационарные хкыически процессы, протекающие в проточных реакторах идеального вытесне ия, как известно, описываются дифференциальными уравнениями в частных производных. [c.32]

Впервые вопрос о влиянии вязкости и теилопроводности за сильно искривленной ударной волной был рассмотрен еш е в работах [196, 197]. Однако получение решения в рамках полной системы уравнений Навье-Стокса все еш,е представляет собой значительные трудности, несмотря на большие успехи в разработке численных методов. Учет реальных физико-химических процессов вносит дополнительные и суш,ественные усложнения. Нестационарные уравнения Навье-Стокса представляют собой систему, обладаюгцую гиперболическими и параболическими свойствами, для которой корректна смешанная задача с начальными и граничными условиями [198]. В задачах, связанных с входом в атмосферу, и в экспериментальных установках, иосвяш,енных этой проблеме, обычно числа Струхаля малы, поэтому исследования проводятся в рамках предположения [c.170]

Строгое решение задачи распределения концентраций вдоль реакционного устройства Д71Я каждого из перечисленных процессов возможно методалш гидродинамики с учетом конкретных уравнений процесса. Имеется общий метод решения задачи расчета скоростей химических реакций и физико-химических процессов, протекающих в потоке, как Д1.я стационарных, так и нестационарных процессов [1, 2, 3]. [c.39]

Задаваясь скоростью химического процесса, а также начальными и граничными условиями, на основании уравнеш1Я (1) можно рассчитать концентрацию вещества в каждый данный момент времени в заданном сечении, т. е. кинетику нестационарных процессов. [c.40]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология