Динамические модели в химической кинетике

Кинетику превращений в системе жидкость (газ) — жидкость рассмотрим на примере абсорбции газа жидкостью с одновременной химической реакцией, считая, что реакция проходит только в жидкой фазе. До сих пор для количественного описания таких превращений широко используется пленочная теория Льюиса и Уитмена. Согласно этой теории, по обе стороны межфазной поверхности газ —жидкость существуют ламинарные пограничные пленки. Несмотря на то, что пленочная теория гидродинамически обоснована только для газа, она проста и удобна в применении. Предполагается, что вне пределов пограничных плепок изменения концентраций реагентов в направлении, перпендикулярном к межфазной поверхности, отсутствуют, а на поверхности контакта фаз между концентрациями абсорбируемого компонента в жидкости и в газе устанавливается динамическое равновесие. В состоянии такого равновесия зависимость между парциальным давлением газообразного компонента и его концентрацией в жидкой фазе выражается законом Генри. Принятая модель процесса используется при изотермических условиях его проведения. [c.250]

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]

Математические методы в химии и в химической кинетике в частности находят самое широкое применение. Активное использование ЭВМ и современных методов математического анализа позволяет решать широкий круг вопросов, связанных с созданием химических баз данных, информационно-поисковых систем, распространением методов вычислительного эксперимента и имитационного моделирования в химии, развитием математического моделирования химико-технологических процессов, решением математических проблем теоретической химии, термодинамики, химической и физической кинетики и теории горения, применением методов теории графов, совершенствованием методов обработки экспериментальных данных и решения задач идентификации моделей, созданием систем автоматизации эксперимента, разработкой проблемно-ориентированных языков и методов машинной аналитики и т. д. Все это позволяет говорить о становлении нового научного направления — химической информатики и математической химии. По отдельным из названных вопросов проводится значительное число конференций [83-85,286,288,290,291,333,498,527], однако в монографической литературе [187, 236, 328] представлены лишь традиционные задачи, чаше всего вычислительного характера. Данное приложение призвано хотя бы частично восполнить этот пробел. Мы приведем здесь ряд нестандартных численных методов, которые только в последнее время начали применяться для анализа уравнений химической кинетики. В основном дается описание алгоритмов. Программная их реализация упоминается по необходимости весьма кратко, однако везде, где это возможно, даются соответствующие ссылки. В приложении 3 существенно используется разработанное в НИ ВЦ АН СССР (Пущине) программное обеспечение качественного исследования динамических систем. Приложения 6, 7 носят информационный характер. В них дается краткое описание новых математических средств — алгоритмов и программ интегрирования жестких систем дифференциальных уравнений и методов интервального анализа. [c.239]

Заканчивая раздел, посвященный построению и анализу простых моделей, которые в определенном смысле можно назвать базовыми нелинейными моделями химической кинетики, необходимо отметить их общеметодологическое значение. С одной стороны, они, несмотря на свою кажущуюся простоту, могут демонстрировать довольно сложное поведение. И это еще нужно осмыслить. Почему модели простые — а динамика сложная. Что это — замысел всевышнего Известная простая модель Лоренца тоже не дает ответа на этот вопрос. С другой стороны, выделение простых моделей полезно при анализе конкретных ситуаций. При построении модели реального процесса они могут быть использованы как отдельные кирпичики или блоки. Далее, различные новые методы и технологии исследования динамических систем удобнее сначала опробовать и совершенствовать на базовых моделях, свойства которых уже достаточно хорошо изучены. Например, в химической технологии такой [c.183]

В основе одной, возможно, самой общей модели, лежит предположение о том, что детерминированное динамическое описание движения системы атомов в одной или двух взаимодействующих молекулах может быть с достаточной точностью заменено вероятностным статистическим описанием. Эта идея, введенная в химическую кинетику еще в начале 30-х годов в связи с описанием ки- [c.51]

Ознакомление с основами химической кинетики показывает, сколь важна ее роль в гетерогенном катализе и сколь она ему необходима. В химической кинетике теснейшим образом связываются вопросы теории и практики катализа. В настоящее время стало очевидным, что дальнейшее развитие теории каталитических процессов и реализация их в промышленности, а также усовершенствование технологии химических производств должны опираться на достаточно точные, полные, надежные и обоснованные кинетические модели. Такими моделями обеспечено лишь относительно небольшое число практически важных реакций. В равной мере кинетические модели необходимы и для выяснения глубоких закономерностей реакций, имеющих теоретическое значение. Создание общей теории катализа требует детальной информации о механизмах процессов с их сопоставлением и обобщением. Динамический характер каталитических реакций требует и их динамических исследований. [c.329]

Легче всего можно получить необходимые сведения о химической кинетике реакционной системы, рассматривая структуру основных классов систем. Под структурой мы понимаем качественные и количественные особенности, которые являются общими для класса систем. Для сложных реакционных систем, которые будут подробно рассматриваться в настоящей статье, структурный подход позволил разработать способ анализа и наглядные модели, которые служат надежной основой при объяснении сложных и простых динамических систем. Эти модели в свою очередь дали возможность ввести новый и эффективный метод определения параметров скорости из экспериментальных данных. Структурный анализ лучше всего осуществляется путем геометрической интерпретации поведения реакционной системы, которую легко наглядно представить. [c.69]

Тем не менее, хотелось бы обратить внимание на следующее сложное динамическое поведение химической реакции может быть объяснено сравнительно простыми кинетическими моделями в рамках кинетики закона действия масс и без каких-либо дополнительных предположений. [c.33]

Математическая формулировка модели основана на следующей схеме. Для того чтобы использовать закономерности обычной химической кинетики при исследовании макроскопически неоднородного поля течения, вся жидкость в исходной невязкой ламинарной области делится на небольшие объемы, в пределах которых химический состав считается постоянным. Последуют,ее движение этих элементов в турбулентном потоке описывается по существу методом Лагранжа, причем влияние турбулентной конвекции и молекулярной диффузии учитывается раздельно. Неупорядоченность траекторий рассматриваемых элементов, обусловленная турбулентной конвекцией, учитывается путем усреднения по ансамблю функций Лагранжа для турбулентного переноса вещества в физическом пространстве. Влияние же молекулярной диффузии описывается посредством деления каждого элемента жидкости на две следующие отдельные объемные доли Т, на которую не влияет процесс молекулярной диффузии, и (1 — Т), целиком подверженную влиянию последней. Далее предполагается, что динамические характерис- [c.203]

Динамические модели в химической кинетике [c.388]

При исследовании кинетики химических реакций обычно постулируется сохранение энергетического максвелл-больцмановского распределения в течение всего процесса. Очевидно, что такой подход, является приближенным, поскольку любой процесс с ненулевой скоростью нарупхает равновесное распределение. Поэтому известны интерес представляет изучение различных динамических моделей химических реакций, так как это позволяет установить степень отклонения процессов от равновесия и найти методы описания реакций, в которых это отклонение существенно. [c.117]

Изучение процесса термической диссоциации на примере таких простых по химическому строению и составу соединений, какими являются алканы, важно для выяснения величин энергий индивидуальных химических связей органических соединений, а также решения тонкого вопроса о взаимном влиянии связей в молекуле с различной длиной и строением углеродной цепи. Весьма заманчиво использовать изучение термического распада регулярно построенных алканов в целях химической кинетики — выяснения влияния длины углеродной цепи и ее строения на динамические параметры реакций распада (энергия активации, стерический фактор и др.) и построения моделей или механизма превращений. Дястаточно напомнить, что учение о мономолекулярных реакциях и теория этих процессов — большой раздел химической кинетики, который в значительной степени опирается на экспериментальное изучение реакций термической диссоциации различных соединений, в том числе и углеводородов. [c.3]

Анализ температурных режимов работы неизотермического полимеризатора идеального смешения был произведен с использованием разработанной математической модели. Данная динамическая модель учитывает перегрев жидкости и зависимость скорости полимеризации от температуры и основывается на совместном решении уравнений теплового и материального балансов, химической кинетики, фазового равновесия и динамики пароооразования. [c.83]

Феноменологическая термодинамика необратимых процессов применима главным образом к анализу химических реакций или таких изменений в открытых системах, для которых можно использовать понятия макроскопической скорости реакции и химического потенциала. При этом вычисление диссипативных функций основано на уравнениях химической кинетики, которые позволяют производить совместный кинетико-термодинамический анализ динамической эволюции реакционноспособной системы через вычисление скоростей и движущих сил процессов. Однако большинство из сушествующих математических моделей многих каталитических, технологических и особенно биологических систем с использованием дифференциальных уравнений могут отразить лишь отдельные стороны исследуемых процессов, но не описывают сложные реакции в совокупности. Особенно это относится к физико-химическим явлениям, лежащим в основе важнейших биологических процессов роста, развития, адаптации к внешним воздействиям и эволюции живых структур. [c.394]

Применение компьютерных тренажерных комплексов для снижения аварийности нефтеперерабатывающего предприятия. Как отмечалось ранее, переработка углеводородных систем относится к непрерывным (непрерывно-дискретным) технологиям, отличающимся сложной и глубокой динамикой по непрерывным параметрам, относительно небольшим числом логических элементов и, как правило, отсутствием быстро (в течение секунд) развивающихся процессов. Время многих процессов переработки углеводородных систем определяется медленными стадиями диффузионной кинетики физико-химических процессов. Это определяет, с одной стороны, сложность построения адекватных динамических моделей, с другой — возможность управления процессами на уровне знаний. Последнее обстоятельство отличает рассматриваемый класс технологических процессов от объектов в атомной энергетике, где управление осуществляется на уровне навыков или правил при жестком дефиците времени на восприятие, анализ и коррекцию моделируемой ситуации. Бесспорно, что объекты нефтехимпе-реработки характеризуются высокими материальными потерями от аварий и некачественного управления. Поэтому важным фактором предотвращения аварийных ситуаций является подготовка персонала на компьютерных тренажерных комплексах (КТК), моделирующих технологические процессы конкретных установок. [c.176]

Книга посвящена анализу эффектов самоорганизации — возникновения, развития и гибели макроскопических структур в неравновесных открытых физико-химических системах. Рассмотрены аналогии между явлениями самоорганизации и фазовыми переходами в равновесных системах. Кратко обсуждены проблема зарождения турбулентности и динамические модели хаоса. Р1з-ложена теория автоволновых процессов в активных средах. Проанализировано влияние флюктуаций внешних полей на кинетику неравновесных химических реакций. Книга содержит также обзор экспериментального материала по явлениям самоорганизации в различных физико-химических системах. [c.2]

Основная задача изотермической динамики адсорбции в неподвижном слое адсорбента была сформулирована академиком М. М. Дубининым [6] и заключается в предвычисленин основных функций процесса динамики адсорбции (L, t) и a(L, t) на основе знания уравнения изотермы адсорбции и основных коэффициентов уравнения кинетики. Задача определения параметров изотермы ТОЗМ и эффективных коэффициентов внутренней диффузии на основе минимального экспериментального материала решена нами в предыдущих разделах. Здесь рассмотрим математическую модель однокомпонентной изотермической динамики адсорбции в неподвижном слое зерен адсорбента для реальных сорбционных процессов. Вообще, как и при моделировании любых физических процессов, в динамике адсорбции принято использовать модели различной сложности в зависимости от поставленной цели. Цель нашей работы — получение аналитических решений системы уравнений, описывающих реальный динамический процесс в системе адсорбируемое вещество — адсорбент как в линейной, так и нелинейной области изотермы с учетом различных размывающих эффектов. Аналитические решения позволят сравнительно легко проанализировать зависимость процесса от основных физико-химических параметров, определяющих равновесные и кинетические свойства системы, а также переходные функции процесса. Математическая модель однокомпонентной динамики адсорбции в неподвижном слое зерен адсорбента включает следующие основные уравнения. [c.58]

Унрош,ения в описании хроматографического процесса, рассмотренные в предыдуш,ем параграфе, связаны с различными моделями его гидро(аэро)динамики. Многие конкретные разновидности хроматографии допускают также унрош,епия и в описании кинетики процесса. При этом обмен молекулами анализируемого веш,ества между фазами хроматографической системы -удобно рассматривать как гетерогенный процесс, понимая под гетерогенными превраш,ения, происходящие на границах раздела фаз. Гетерогенные процессы состоят из нескольких стадий. Первой из них является стадия переноса частиц, участвующих в процессе, к месту гетерогенного превращения. В хроматографии — это перенос молекул исследуемого вещества к границе раздела фаз в результате молекулярной диффузии и совокупности ряда гидро-(аэро)динамических факторов. На второй стадии процесса происходит собственно гетерогенная реакция. В хроматографии — это сорбция-десорбция элюируемых молекул. Третья стадия заключается в отводе прореагировавших частиц от места реакции. В хроматографии — это отвод сорбированных или десорбированных молекул от границы раздела фаз. Суммарная скорость гетерогенного процесса контролируется скоростью наиболее медленной стадии. В том случае, когда медленной стадией является подача или отвод реагентов, говорят, что реакция характеризуется диффузионной кинетикой. Если наиболее медленной является стадия химического или физического превращения, то она и определяет скорость реакции. А когда скорость переноса реагентов и происходящих с ними превращений сравнимы между собой, говорят о гетерогенных реакциях смешанного типа. Большинство хроматографических процессов, в которых суть гетерогенного превращения состоит в переходе элюируемых молекул из подвижной фазы в неподвиншую и обратно, характеризуются диффузионной кинетикой. В адсорбционной хроматографии этот переход сопровождается энергетическим взаимодействием с поверхностью сорбента. [c.18]

В модели Мак-Даффика и Литовица [293, 294] первая дисперсионная область интерпретируется при допущении существования короткодействующего частичного упорядочения. Интервал и степень упорядоченности зависят от температуры, давления и химических свойств жидкости. Чем сильнее взаимодействие между молекулами растворителя, тем больше упорядоченные области, хотя их динамический характер сохраняется в один момент времени отдельные молекулы принадлежат одному ассоциату, а в следующий — друго.му. Кинетика этих процессов характеризуется временами структурной релаксации. Процесс диэлектрической реориентации проявляется как часть процесса, сопровождаемого предварительным разрывом и реконструкцией цепи. Реорганизация может иметь место после того, как в результате разрушения водородных связей произошел разрыв цепи и разрушение структуры жидкой решетки . [c.95]

С учетом этих соображений была разработана [3, 7] кинетическая модель ионной флотаид1И, которая с единых позиций рассматривает адсорбционный и адгезионный механизмы флотации справедлива для порционного процесса, а также стационарного и нестационарного режимов непрерывного процесса учитывает динамический характер, равновесные соотношения и кинетику адсорбции или адгезии на поверхности всплывающих пузырьков, а также — через величину кинетического коэффициента — кинетику химических реакций, осаждения и агрегации частиц осадка. Особенностью модели являются безразмерность и новая расшифровка [c.246]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология