Процесс химического реагирования углерода

ПРОЦЕСС ХИМИЧЕСКОГО РЕАГИРОВАНИЯ УГЛЕРОДА [c.332]

Для устранения диффузионного торможения экспериментальные исследования процесса химического реагирования проводились при низких давлениях и температурах и с применением ингибиторов (веществ, уменьшающих скорость реакции). Соответствующей обработкой внешней поверхности углерода внутреннее реагирование сводилось к минимуму. Высокими скоростями потока обеспечивался вынос продуктов первичного реагирования при отсутствии вторичных реакций. [c.332]

Процесс химического реагирования частицы, обтекаемой потоком с малой скоростью, Л. Н. Хитриным представлен схемой, изображенной на рис. 15-4,а. Основным (первичным) процессом считается реагирование углерода с кислородом, поступающим к поверхности частицы из окружающего пространства за счет движения среды и диффузии, с об- [c.343]

Диффузионная область, когда скорость химического реагирования углерода с кислородом во много превосходит скорость диффузии кислорода к углеродной поверхности. Это имеет место при высоких температурах, и для интенсификации лроцесса горения в этой области необходимо увеличить скорость диффузии, так как в данном случае величина скорости этой стадии процесса определяет скорость горения углерода. [c.22]

Решение задач математического моделирования я оптимизации на этой основе процессов облагораживания [4] требует знания кинетических закономерностей процесса реагирования кокса с различными окислителями, установления значений кинетических констант протекающих в нем реакций при различных температурах термообработки коксов. Знание кинетических закономерностей реагирования нефтяных коксов с активными дымовыми газами позволяет, кроме того, наметить квалифицированные пути использования последних в различных областях производства, предъявляющих неодинаковые требования к их химической активности. Так, когда нефтяные коксы используются как химический реагент и интенсивность процесса обусловливается скоростью процесса реагирования углерода с другими компонентами реакции (производство ферросплавов, фосфора, сероуглерода, синтез-газов, карбидов металлов, активированного углерода и др.), они должны обладать высокой реакционной способностью. При шахтной плавке окисленных руд цветных металлов, для производства анодной массы и графитированных изделий, в процессах облагораживания и в [c.4]

Несмотря на несомненные достоинства этой методики необходимо, однако, отметить, что в условиях проведения химической реакции углерода с газами нельзя отождествлять величину удельной поверхности, определяемую низкотемпературной адсорбцией газов, с величиной реакционной поверхности, фактически участвующей в процессе реагирования. С другой стороны, следует также отметить, что до сих пор нет методики прямого определения истинной реакционной поверхности твердого вещества. [c.23]

Многочисленные исследования реакций углерода с газами показали, что скорость суммарного процеоса (как всякого гетерогенного процесса) определяется скоростью собственно химического реагирования и скоростью подвода газообразного реагента к реакционной поверхности, причем преимущественное влияние одного или другого фактора определяется конкретными условиями реагирования. [c.93]

В процессе горения углерода вторичные реакции догорания СО в газовом объеме и восстановления СОг на поверхности углерода, переплетающиеся с первичными реакциями, не позволяют выяснить истинный химический механизм горения углерода. Кроме того, гетерогенный процесс горения углерода, связанный с наложением диффузионных явлений на химическое реагирование, вместе с внутренним реагированием еще более искажает основной химический процесс и затрудняет изучение вопроса о том, какие продукты получаются при первичном химическом реагировании и какие продукты являются результатом вторичных химических реакций. [c.332]

Первый член выражения (15-16), в котором Сз — концентрация кислорода у поверхности, а й — константа скорости реакции представляет собой скорость поверхностной реакции между кислородом и углеродом, которая зависит от реакционных свойств данного сорта кокса, от концентрации кислорода у поверхности и температуры. Вторым членом выражен диффузионный поток внутрь частицы, вызванный химическим реагированием внутри нее. При этом установлено, что для реакций первого порядка с достаточной для практики степенью точности можно считать второй член выражения (15-16) не зависящим от характера диффузионных процессов в свободном газовом пространстве. Процесс проникновения кислорода внутрь углерода можно рассматривать как самостоятельный и определяемый лишь характером внутренних диффузионных процессов. [c.335]

В расчетах принята наиболее общая схема реагирования. Углерод реагирует с кислородом газовой фазы с образованием СО и СОг получающаяся углекислота может реагировать с твердой фазой, образуя СО. Окись углерода, получаемая как в первичном, так и во вторичном процессах реагирования, вступает в химическое соединение с кислородом в газовой фазе. Принимается, что гетерогенные реакции и реакции, протекающие в окружающем частицу газовом объеме, идут по следующим итоговым уравнением. [c.349]

Весь процесс реагирования усложняется еще явлениями теплообмена и восстановления образовавшейся двуокиси углерода. Реакции разложения водяного пара и восстановления СО2 раскаленным углеродом протекают с поглощением тепла. Поэтому в зоне восстановления, где уже отсутствуют экзотермические реакции окисления, температура довольно быстро понижается соответственно быстро уменьшается скорость химического реагирования. Условия протекания химических реакций в зоне восстановления приближаются к кинетической области. [c.111]

Ввиду того, что при процессе горения углерода скорость химического реагирования должна равняться скорости диффузии, скорость суммарного процесса определяется наиболее медленной стадией процесса. [c.63]

В основе процесса полной газификации угля лежит химическое реагирование кислорода с главной составляющей частью угля — углеродом [84]. [c.17]

С повышением скорости газа в слое наиболее резко увеличивается коэффициент, массообмена, так как величина скорости входит в формулу (11) в степени, близкой к единице. В процессе горения наряду с реакцией (7) протекает реакция (8) и другие сложные физико-химические процессы. В связи с более высокой энергией активации реакции (8) по сравнению с энергией активации реакции (7) при одной и той же температуре (1000—1100 °С), взаимодействие углерода с кислородом протекает в диффузионной области реакция восстановления двуокиси углерода при тех же условиях находится в области реагирования, близкой к кинетической. Восстановительная реакция может перейти из кинетической области в диффузионную при высокой температуре и небольших скоростях потока (в соответствии с Р). [c.127]

Итак, получим систему из двух дифференциальных уравнений (18) и (21), X частных производных описывающую химический процесс взаимодействия углерода с СО как по времени реагирования, так и ао времени контакта. Решая уравнение (18) при г = (ква- [c.34]

Если скорость химической реакции велика, то процесс реагирования будет определяться более медленной чисто физической стадией. Эта область реагирования, где определяющую роль играют диффузионные явления, называется диффузионной областью. Например, процесс горения газообразного топлива, вводимого в камеру горения без предварительного смешения с окислителем, протекает в диффузионной области. Опыты показывают, что горючие смеси с достаточно большой теплотой сгорания развивают в зоне реакции высокие температуры и сгорают практически мгновенно, поэтому скорость процесса горения будет определяться только скоростью смесеобразования. При достаточно высоких температурах скорости реакций горения и газификации углерода настолько высоки, что процесс обычно определяется скоростью подвода газообразных реагентов к реагирующей поверхности, т. в. он протекает в диффузионной области. [c.69]

Первичные продукты реакции горения углерода маскируются продуктами вторичных реакций. Выходы этих реакций сложным образом зависят от режима процесса. На процесс горения и газификации оказывают влияние химические и физические факторы, причем при очень высоких температурах определяющую роль играет диффузия. При определенных условиях реагирование происходит не только на внешней поверхности углерода, но и в era порах, т. е. в объеме углеродного тела. [c.190]

Реальные процессы горения топлива включают в себя множество химических реакций. Для упрощения расчетов часто пользуются моделью простой химической реакции, включающей в себя три вещества горючее, окислитель и продукт реакции. Например, при горении твердого топлива углерод С — горючее, кислород О2 — окислитель, диоксид углерода СО2 — продукт реакции. Процесс горения углерода зависит как от скорости химических реакций, так и от интенсивности подвода окислителя к поверхности реагирования. [c.404]

Для использования всех преимуществ, которые дает вышеприведенная схема гетерогенного реагирования, необходимо иметь возможность с достаточной точностью рассчитывать границы областей для тех или иных условий процесса. Количественный расчет этих границ основывается иа учете химических и физических характеристик фторирования. Так, границы чисто кинетической области (у) с точностью примерно до 10% могут быть определены из следующего соотношения (по аналогии с процессом горения углерода) [c.304]

Вопросам изучения механизма химического реагирования углерода с газообразным окислителем посвящено много работ [1—7 и др.]. В отдельных работах указывается на возможность образования промежуточных комплексов. Наиболее глубокий анализ особенностей образования и распада углекислородных комцдезкоов дан в работах Н, В. Лаврова [8 и др.]. В них развивается концепция образования единого углекислородного комплекса типа кето-группы в процессе взаимодействия углерода с кислородом через промежуточные соединения, образовавшиеся в результате диссоциации О2 и Н2О на атомарный кислород и гидроксил, В ряде работ [9—11] указывается цепной характер гетерогенного реагирования с газообразным окислителем и роль атомарного кислорода [10]. [c.5]

В 0ТЛ11ЧИС от горения газообразного топлива гетерогенное гпронне протекает на поис рхностн раздела фаз. Процесс горения углерода состой г нз двух основных стадий подвода окислителя к поверхности углерода и химического реагирования углерода и окислителя. [c.140]

При малых и умеренных избытках воздуха и степенях рециркуляции (а 1,0 и г=0,5—2), а следовательно, при ловышенной реакционной поверхности, приходящейся на единицу объема реагирующей газовой смеси //Ур.см, за счет тепла химического реагирования частицы эта смесь быстро нагревается. При повышенном температурном уровне процесса углерод реагирует с большим выходом СО, который при интесив-ном массообмене переносится от поверхности мелкой частицы и сгорает в газовой среде, усиливая ее нагрев. [c.355]

В топке с плоскими параллельными струями создаются благоприятные условия для интенсивного выгорания. После воспламенения, когда в ядре горения устанавливаются высокие температуры и раскаленный углерод в состоянии энергично реагировать, при подаче вторичного-воздуха в среднюю часть начального сечения пылевоздушной струи обеспечивается своевременный ввод его в процесс горения. Ограничение эжекции топочных газов оптимальным количеством, необходимым для зажигания, соответствующим выбором величины простенка между горелками способствует повышению действующей концентрации кислорода в факеле и уменьшению степени рециркуляции газов и тем самым повышает скорость химических реакций. Повышенный темп падения скорости в тонких струярс позволяет применить высокие скорости истечения из горелок, что турбулизирует газовую среду факела, ускоряя тепло-и массообмен в ней, а также увеличивает относительное перемещение пылинок, усиливая обменные процессы с частицами. Горение факела в виде системы плоских параллельных струй, в которой при устойчивом зажигании ускоряются процессы тепло- и массообмена и создаются благоприятные условия для развития химического реагирования, протекает интенсивно. [c.406]

Вьпие при сравнении режимов горения твердого топлива и частиц сажи отмечалось, что скорости химических реакций углерода с двуокисью углерода и водяным паром могут бьггь на несколько порядков ниже по сравнению со скоростями реагирования в среде кислорода (при близких значениях концентраций сравниваемых реагентов). Анализ кинетических уравнений указывает на справедливость этих утверждений для процессов выгорания сажи. Так, для диапазона температур Т = = 1400. .. 1700 К, по опытным данным ИЛ. Марьясина и П.А. Теснера, скорости реагирования углерода с О2 превышают скорость газификации сажи на 3,5 порядка, по данным АЛ1. Цибулевского и ПЛ. Теснера, эти скорости различаются на три порядка (скорость реагирования углерода определялась по скорости расходования СО2). По данным Е.С. Головиной, константы скоростей этих реакций различаются в тех же условиях (по Т, р еаг) лишь на два порядка, чго объясняется, по-видимому, некоторым влиянием диффузионного торможения. [c.77]

Поскольку процесс горения углерода слагается из двух стадий, то скорость его лротекания зависит как от скорости диффузии, так и от скорости химического реагирования. [c.22]

Высокие температуры при термодеструкции в паровой фазе необходимы для быстрого завершения всех реакций в течение короткого времени пребывания сырья в реакционной камере и образования углерода. Высокие температуры создаются при прямом контакте продуктов сгорания (топливного газа или части сырья) со всей массой тонко распыленного сырья. Выход нефтяного технического углерода и его качество зависят от химического и фракционного состава углеводородного сырья, отношенпя количества активных составляющих дымовых газов к количеству получаемого углерода, от коэффициента избытка воздуха в процессе горения, условий ведения процесса испарения исходного сырья н его термодеструкцин. В связи с жесткими условиями в паровой фазе деструкция углеводородного сырья идет с образованием легких продуктов п продуктов глубоких стадий уплотнения (углерода). Выход углерода, несмотря па частичное его реагирование с активными составляющими дымовых газов, относительно высок [c.237]

При высоких температурах процесс реагирования нротекает с большой скоростью, не успевает проникнуть внутрь и сосредоточивается на внешней поверхности. Это дает возможность пренебречь влиянием внутриобъемного реагирования. Но процесс реагирования при более высоких температурах осложняется сильным влиянием диффузии и в связи с этим — скорости н гидродинамики потока газа, а также вторичных реакций. Поэтому при исследовании реакций при высоких температурах большое значение имеет отделение влияния физических факторов, в основном диффузии, от чисто химических. Для того, чтобы наиболее просто и правильно выявить взаимосвязь между диффузией и кинетикой, исследование гетерогенных реакций и в особенности процесса горения углерода и, сопутствующих ему вторичных реакций проводилось в определенных простейших геометрических формах шарик, обтекаемый реагирующим газом (так называемая внешняя задача), канал, стенки которого реагируют с протекающим внутри пего газом (так называемая внутренняя задача), слой из шариков, продуваемый реагирующим газом, и т. д. Применяя для описания процесса дифференциальные уравнения диффузии совместно с граничными условиями, выражающими прямую связь между количеством диффундирующего газа и скоростью реакции на поверхности шарика, канала и т. п. (см. гл. VI), удалось получить хорошее соответствие теории с многочисленными экснериментальными данными [59] и др. В особенности большой вклад в разработку диффузионно-кинетической теории гетерогенного горения внесли Нредводителев и его сотрудники [59], а также Чуханов, Франк-Каменецкий [87], Зельдович и другие советские ученые. Но следует заметить, что математическая обработка экспериментальных данных с помощью диффузионно-кинетической теории горения отнюдь не даст возможности судить об элементарных химических актах (адсорбции, собственно химической реакции и т. д). На основе ее мы можем получить только суммарные константы скорости реакций (включая адсорбцию и внутриобъемное реагирование) и соответствующие величины видимых энергий активаций й суммарного порядка реакции. [c.161]

Существенным фактором, интенсифицирующим процессы горени [ и газификации твердых топлив, в ряде случаев можно считать также скорость потока реагирующих газов. В слоевых процессах скорость горония насколько высока и потребление кислорода в гетерогенных реакциях происходит так быстро и так активно, что длина кислородной зоны измеряется 2—3 диаметрами частиц, причем с повышением расхода дутья интенсивность гореиия углерода пропорционально возрастает (см. рис. 31). Практически скорость реагирования твердого топлпва в слое лимитируется только скоростью дутья и, следовательно, устойчивостью слоя кусков. Горение кокса в доменной печи, как известно, протекает при высоких темиературах (1600—2000°), и поэтому скорость процесса в основном оиределяется скоростью молярной диффузии, которая в свою очередь определяется скоростью дутья. Огромные скорости реакции твердых топлив, помимо благоприятных температурных условий, обеспечиваются высокими относительными скоростями между газом и частицами топлива. Высокие скорости обтекания газом кусков топлива, наряду с непрерывным подводом кнслорода к реакционной поверхиости, способствуют и отводу продуктов сгорания, в том числе и таких, как окись углерода, оказывающая тормозящее действие на горение углерода, и тем самым интенсифицируют слоевой процесс. Пределом скорости реакции в слое является переход в кинетический режим, когда суммарная скорость реакции будет определяться пе скоростью подвода окислителя, а скоростью химической реакцрш. Однако этого предела в кислородной зоне обычно достигнуть не удается, и практически суммарная скорость реакции в слое определяется, как раньше указывалось, такой скоростью подвода реагирующего газа, при которой сохраняется устойчивость залегания кусков топлива в слое. В зависимости от фракционного состава топлива критическая скорость газового потока, при которой теряется устойчивость частиц в слое, характеризуемая данными, приведенными [c.560]

При сравнительно низких температурах, например, при выжиге углерода из шлака в нижней зоне слоевых топок и газогенераторов, а также в конце пылеугольного факела в экранированных топках, суммарная скорость процесса определяется как кпнетикоп химической реакции, так и диффузией газа через оболочку золы. При очень низких температурах, близких к температурам воспламенения тонлива, скорость реагирования в основном онределяется кинетикой химической реакции и влиянпе золы может оказаться несущественным (кинетическая область реагирования). Прп более высоких температурах суммарная скорость реагпрования будет в равной мере зависеть от кинетики химической реакции и диффузионного сонротивления пленки золы (промежуточная область реагирования). [c.205]

Величина внутридиффузионного потока зависит от проницаемости материала и интенсивности реагирования внутри него и определяется значениями кинетических констант и размером внутренней реакционной поверхности в единице объема частицы. Так как внутридиффузионная и внутриреакционная способности связаны со структурными свойствами кокса, то свойства, описываемые вторым членом, так же как и первым членом, который выражает чисто химические свойства, должны быть типичными для данного сорта топлива. Исходя из этого, Л. Н. Хитрин показал, что в случае полной проницаемости и малой величины внутренней диффузии, когда соединение углерода с кислородом происходит по закону реакции первого порядка, реагирование пористой частицы можно представить как суммарный процесс потребления кислорода, принимаемого условно протекающим на внешней ее поверхности. Поэтому можно считать, что величина д характеризует эффективные кинетиче- [c.335]

При рассмотрении процесса конверсии, протекающей на зерне катализатора, можно представить следующую физическую картину. Из потока реагирующей смеси к поверхности катализатора и в его поры диффундируют молекулы метана и водяного пара. На активных никелевых центрах протекает реакция конверсии, в результате которой образуются водород, оксид и диоксид углерода. Эти компоненты отводятся от поверхностей реакций в поток, лротекающий между зернами катализатора. Скорость отвода, подвода компонентов и их реагирования на различных по объему активных центрах зерна неодинакова, что приводит к образованию профилей концентраций этих веществ по объему, таблетки — от поверхности зерна в его глубину. Образование концентрационного профиля по объему таблетки приводит к различию скоростей реакции по таблетке в целом и на ее поверхности. Вид диффузии в порах катализатора зависит от размера пор молекулярная диффузия — крупные поры, кнудсеновская диффузия — тонкие поры их комбинация— в порах промежуточного размера. При повышенном давлении (3,0 МПа) на промышленных катализаторах процесс идет в основном в об ласти молекулярной диффузии и частично в переходной области. Химические реакции, протекающие в порах катализатора с увеличением объема, приводят, кроме того, к появлению конвективной составляющей переноса массы, которая изменяет наблюдаемую на зерне скорость превращения. [c.95]

Взаимодействие окислов железа с сероводородом в восстановительной среде является сложным процессом. Здесь наряду с реакциями непосредственного реагирования окислов железа с сероводородом имеют место акты кристаллохимических превращений от высших окислов до низших и железа, связанные с восстановлением газа активными компонентами — водородом и окисью углерода. Суммарный процесс очистки газов от сероводорода будет определяться всем комплеском физико-химических условий. [c.78]

Исходя из физико-химических основ гетерогенного процесса реагирования кислорода с углеродом, можно допустить, что при прочих равных условиях распространение огневого забоя в радиальном направлении имеет предел, который растет с ростом концентрации кислорода в дутье. По мере приближения сгневого забоя к предельному распространению в радиальном [c.142]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология