Кинетика химическая макрокинетика

Проточные реакторы. Большинство современных промышленных процессов проводится в непрерывно действующих проточных реакторах. Такой реактор представляет собой открытую систему, взаимодействующую с внешней средой в аппарат непрерывно подаются исходные вещества и отводятся продукты реакции и выделяющееся тепло. На показатели работы реактора влияют, наряду с химической кинетикой и макрокинетикой процесса, новые, специфические факторы конвективный поток реагентов и теплообмен с внешней средой. Расчет и теоретический анализ работы реактора с учетом взаимодействия и взаимного влияния всех этих факторов — далеко не простое дело. Число параметров и переменных, необходимых для точного расчета, в практически важных случаях может быть чрезвычайно большим и превосходить возможности даже самых быстродействующих вычислительных машин. Дополнительную сложность вносят типичные для крупномасштабных систем явления статистической неупорядоченности и случайного разброса характеристик процесса. Эти явления нельзя рассматривать как внешнюю, досадную помеху они связаны с самой природой процесса и должны обязательно приниматься во внимание при анализе его работы. Непременным залогом успеха при расчете промышленных химических реакторов является предварительный анализ основных факторов, влияющих на процесс в данных условиях. Только таким путем можно выделить основные связи из сложной и запутанной картины взаимодействия различных процессов переноса и химической реакции, не отягощая расчет излишними и зачастую обманчивыми уточнениями и в то же время не упуская из виду существенных, хотя, может быть, и трудных для анализа, действующих факторов. [c.203]

Химические (реакционные) процессы, которые протекают со скоростью, определяемой законами химической кинетики. Однако химическим реакциям обычно сопутствует перенос массы и энергии, и соответственно скорость химических процессов (особенно промышленных) зависит также от гидродинамических условий. Вследствие этого скорость реакций подчиняется законам макрокинетики и определяется наиболее медленным из последовательно протекающих химического взаимодействия и диффузии. Общие закономерности протекания химических процессов и принципы устройства реакторов рассматриваются в специальной литературе . [c.13]

Заканчивая краткое рассмотрение общих сведений по прикладной макрокинетике сложных гидрогенизационных процессов в нефтепереработке, нужно еще раз подчеркнуть особые трудности макрокинетического анализа сложных модификаций жидкофазного гидрокрекинга с плавающими порошкообразными катализаторами. Вследствие исключительной трудности четкого математического описания и расчета жидкофазных гидрогенизационных процессов на основе результатов лабораторных (или пилотных) исследований ранее использовали эмпирические переходные коэффициенты от лабораторных (пилотных) масштабов работ к заводским [4, 90]. В последнее время [22, 24, 91—93] кинетику химических процессов, осложненных в заводских реакторах наличием диффузии и теплопередачи, начали изучать с применением математических методов [33, 91—93], Такое математическое моделирование пока, к сожалению, практически применимо лишь для простейших процессов типа сернокислотного катализа. Исследования кинетики необходимо проводить в строго определенных условиях, полностью исключающих влияние гидродинамических факторов и гарантирующих изотермичность процесса. Такие условия обеспечиваются, наприме >, при применении проточно-циркуляционного метода [94]. Довольно точные данные о кинетике в некоторых случаях можно получить и по более простой методике при частичном разбавлении исходного сырья продуктами реакции [61, 71] однако полная изотермичность зоны катализа при этом не гарантируется. [c.163]

До настоящего времени базис химической кинетики остается наименее строгим среди всех разделов физической химии. Однако значение кинетических методов в современной химии и биохимии неуклонно растет. В первую очередь это связано с тем, что хотя теория элементарного акта далека от совершенства, математический аппарат формальной кинетики и макрокинетики вполне строг и приводит к однозначным результатам. Не менее важно и то обстоятельство, что результаты кинетического эксперимента часто удается поставить в четкое соответствие с другими физико-химическими параметрами реагирующих систем и таким образом получить законченное описание химического или биохимического процесса. [c.3]

Реальные кинетические закономерности гетерогенного каталитического процесса определяются как истинной кинетикой реакции на активной поверхности, так и условиями массо- и теплопереноса. Их изучение и составляет предмет макрокинетики, или так называемой диффузионной кинетики химических процессов. [c.432]

Диффузионное торможение процесса обычно сопровождается и затруднениями с отводом тепла реакции, ведущими к появлению перепадов температуры внутри пористого зерна катализатора и между поверхностью частицы и ядром потока. Реальные кинетические закономерности каталитического процесса определяются как истинной кинетикой реакции на активной поверхности, так и условиями массо- и теплопереноса их изучение составляет предмет макрокинетики, или диффузионной кинетики химических процессов. [c.112]

При проведении процесса в непрерывно действующем промышленном реакторе наряду с химической кинетикой и макрокинетикой процесса начинают играть роль новые факторы — поток реагентов и теплообмен с внешней средой. В результате действия этих факторов возникают неоднородности температуры и концентраций реагентов в масштабе всего реактора. При этом в разных частях аппарата могут создаваться резко различные условия, соответствующие разным областям протекания реакции. Раздел инженерной химии, описывающий процесс в )еакторе в целом, носит название промышленной кинетики. 3 отличие от химической кинетики (гл. И) и макрокинетики (гл. П1), промышленная кинетика описывает все стадии процесса, протекающего в промышленном аппарате, что и составляет специфику этого раздела. [c.183]

Таким образом, сочетание диффузии внутри зерна катализатора с химической реакцией па его внутренней поверхности приводит к возникновению градиента давления внутри катализатора и, как следствие этого, к появлению конвективного переноса реагентов. Насколько значительным является вклад конвективного потока по сравнению с диффузионным, можно выяснить, решая уравнения (1Х.42) и (IX.44) совместно с уравнением, описывающим кинетику химической реакции на поверхности катализатора. Эффективный коэффициент диффузии является сложной величиной, зависящей от состава реакционной смеси в каждом сечении зерна и от параметров, характеризующих строение структуры. При изучении макрокинетики конкретных каталитических решений возможные упрощения функциональной структуры эффективного коэффициента диффузии (IX.46) можно сделать на основе анализа исследуемой задачи. [c.170]

Раздел науки, изучающий влияние макроскопических факторов на скорость химических процессов, получил название макроскопической кинетики или макрокинетики. [c.140]

При осуществлении химических процессов в нефтепереработке, таких, как пиролиз, каталитический крекинг, каталитический риформинг, алкилирование и другие, необходимо располагать данными о протекании химического процесса во времени, чтобы иметь возможность рассчитать требуемые параметры процесса и размеры аппаратуры для его проведения. Эти вопросы рассматривает так называемая макрокинетика (изучение химических реакций в больших объемах). Проведение реакции в аппарате значительного объема требует учета ряда факторов, которые обычно химическую кинетику не интересуют. [c.371]

Книга содержит подробный анализ кинетики и макрокинетики химических реакций, протекающих с участием твердых веществ. В монографии рассмотрены кинетические особенности эти реакций, дан анализ существующих методов расчета их кинетики и предложены оригинальные методы определения кинетических параметров. Рассмотрена роль процессов переноса и способы их учета при описании кинетики топохимических реакций. Приведены расчеты теоретических моделей и экспериментальных данных по кинетике окисления и карбидирования железа и других химических реакций. [c.2]

Параллельное изучение кинетики и макрокинетики процессов электрохимического окислительного синтеза методом химического баланса всех образующихся продуктов в широком интервале физико-химических и электрохимических параметров систем и процессов позволяет на основе полученных экспериментальных результатов установить связь между строением двойного электрического слоя, характером хемосорбированных на электроде первичных частиц и эффективностью заданной электродной реакции в сложном электрохимическом процессе. [c.132]

Книга является пособием по курсу Моделирование химико-технологических процессов . Она состоит из трех частей. Первая часть книги знакомит с основными понятиями и определениями, а также со способами моделирования. Вторая часть посвящена кинетике и макрокинетике процессов, рассмотрению влияния на нее тепловых и диффузионных факторов и гидродинамике потоков в аппаратах. В третьей части изложены принципы построения различных моделей и вопросы оптимизации процессов химической технологии. [c.319]

Первый фактор относится к микрокинетике, т. е. к собственно химической кинетике. Второй и третий факторы рассматриваются прикладной химической кинетикой, или макрокинетикой. Процессы тепло- и массообмена изучаются давно. Имеются критериальные зависимости для расчета скоростей этих процессов при различных условиях, поэтому мы ограничимся рассмотрением влияния только перемешивания на ход химических реакций, осуществляемых по непрерывной схеме. [c.131]

Кинетический анализ химико-технологических процессов стремится по возможности полнее охватить все факторы, которые оказывают влияние на скорость протекания реакций в промышленном реакторе. Так как к этим факторам относятся не только химические превращения реагентов, но и массо- и теплообмен, то в кинетике существуют три последовательно дополняющих друг друга раздела кинетика химических превращений, или просто химическая кинетика [42, 77—82], макрокинетика [83, 84] и промышленная кинетика [84, 85]. [c.115]

Нынешний уровень понимания особенностей динамики сложных химических реакций может служить базой для дальнейшего развития теоретических и экспериментальных исследований широкого спектра критических явлений в химической кинетике и макрокинетике. Совершенствование техники экспериментирования, запросы современной технологии и новые экспериментальные данные [3-5,35,58,69,136,239,266,278,336,343,349,417,453,454,484, [c.236]

Наконец, несколько слов о перспективах. Общая схема химической кинетики разработана прежде всего для энергетически равновесных и идеальных систем. Вместе с тем представляется, что в первую очередь она может быть распространена на кинетику неравновесных процессов [327, 393]. Несомненно, перспективным будет выделение общих мест в близких областях деятельности, что приведет к их взаимному обогащению. Этому способствовало бы включение в курсы химической кинетики [54, 270, 319,425,427 и термодинамики, статистической физики и физической кинетики [20, 50, 235,246,271,377] новых результатов, которые получены в рамках формальной кинетики [167, 169,436,437]. Три не являются движущей силой развития исследований в химической кинетике и макрокинетике — это нелинейность, нестационарность и неидеальность. Причем каждое из этих не не является неделимым, каждое из них структурируется и является сложным. [c.237]

Второй причиной, приводящей к отклонению идеальных моделей от реальных, является уменьшение скорости химических превращений вследствие локального массо- и тепло-переноса. Чтобы учесть это, необходимо вместо уравнений формальной кинетики, отражающих законы собственно химических превращений, применять уравнения макрокинетики [34,36, 37], учитывающие влияние локального массо-и теплопереноса. [c.39]

Большое внимание в последнее десятилетие уделялось взаимосвязи между скоростями химической реакции и диффузии. Дамкел-лер и особенно Франк-Каменецкий широко развили эту область. Последний различает микрокинетику (т. е. химическую кинетику) и макрокинетику (т. е. физический транспорт — перенос реаги-руюш их веществ). Следуя ван Кревелену мы должны учитывать при макрокинетическом анализе величины среднего моле1 улярного пробега, распределения вещества в гетерогенных системах (диффузия) и в реакторе в целом (перенос конвекцией). Укажем, что для получения сведений о химической кинетике мы все еще должны полностью полагаться на экспериментальные данные по каждой отдельной исследуемой реакции. [c.20]

В связи с этим проблемы исследования и математического моделирования реакций с участием твердых веществ выходят в настоящее время на одно из ведущих мест среди других проблем химической кинетики. Трудности в решении указанных проблем обусловливаются сложным характером макрокинетики процессов химического превращения сополимеров [Ц. К таким усложняющим факторам можно отнести локализацию реакционной зоны на поверхности раздела фаз твердого реагента и твердого продукта реакции, перемещение этой реакционной зоны вглубь твердого тела, возможность перехода реакции из одной макрокинетической области в другую даже при постоянных значениях температуры системы и концентраций компонентов, участвующих в реакции и т. п. Типичными процессами, обладающими данной спецификой, являются реакции сульфирования и фосфорилирования сополимеров на основе стирола и дивинилбензола. [c.333]

Основам теоретической макрокинетики, освещающей влияние диффузии и теплопередачи на химическую кинетику, посвящена классическая монография [26], частично работа [27] и обзор [28]. [c.139]

Необходимость изучения макрокинетики на достаточно крупных аппаратах обусловлена резкими количественными и качественными изменениями, происходящими часто в процессах со сложной кинетической природой в результате взаимного влияния химической кинетики и физических процессов массопередачи, теплообмена и гидродинамики. Вместе с тем при изучении процессов нефтепереработки необходимо получить довольно большие образцы целевых продуктов для испытания их моторных свойств на двигателях это может быть осуществлено только на достаточно крупных пилотных установках. Обычно прикладная кинетика в нефтепереработке изучается на специально сооружаемых опытных установках, воспроизводящих принципиальные схемы промышленных реакторов с реальными сложными и разнообразными сочетаниями протекающих в них физических процессов. На установках изучают также технологические методы управления (например, [c.34]

Разработан подход к описанию макрокинетики процесса полимеризации в промышленном реакторе с учетом совместного влияния химической кинетики и кинетики переноса. Обоснована его целесообразность в связи с необходимостью и потенциальной возможностью налаживания выпуска широкого ассортимента синтетических каучуков с использованием имеющейся сырьевой базы и простаивающего оборудования предприятий нефтехимического комплекса. Приведен обзор работ в области моделирования процесса полимеризации при производстве этилен-пропиленового [c.78]

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]

Нельзя не отметить, что как понятие и как раздел науки макрокинетика не имеет строгого определения под этим термином понимают иногда или только физическую компоненту химического процесса, или химическую кинетику в сочетании со всеми физическими факторами. Но дело не только в строгом определении понятия, сколько в том, что оно даже при некоторой его неопределенности несет в себе обязательное требование — встать на реаль- [c.153]

В соответствии с изложенными требованиями, инженернай химия гетерогенного катализа должна включать в себя физико-химические основы гетерогенного катализа, кинетику и макрокинетику гетерогенно-каталитических процессов, теорию каталитических реакторов. Все эти достаточно далеко отстоящие друг от друга отрасли знания объединены общим объектом приложения. [c.7]

Важно отметить также и то, что влияние макрофакторов обнаруживается независимо от того, проводится процесс в лабораторных условиях или в промышленности. На это обстоятельство впериые обратил внимание А. В. Фрост, и оно представляет интерес в двух отношениях. Во-первых, оно указывает на определенные возможности в лабораторных условиях создать менее идеализированные модели химических процессов. И, во-вторых, оно служит еще одним подтверждением того, что развитие учения о химическом процессе — это единая линия постоянного углубления знаний о лабораторном химическом процессе, обусловленная его объектной многофакторностью. Рано или поздно она должна была привести к знаниям о закономерностях, присущих промышленному химическому процессу. И тот и другой — реальные процессы, идеализированы лишь их модели. И поэтому если сегодня еще химическая кинетика остается разделом химии, тогда как макрокинетика становится теоретической основой химической технологии, то это распределение является преходящим, эфемерным. Развитие именно химической кинетики в конце концов привело к созданию макрокинетики. И отношения между химической кинетикой и макрокинетикой стали основой отношений между химией и химической технологией. Здесь пролегает раздел между ними, который оказывается все более условным, и одновременно начинается их синтез, приобретающий все более абсолютный характер. [c.154]

Известно, что механизм и кинетика химических реакций изучаются, как правило, в изотермических условиях в замкнутых сосудах и при интенсивном пере-метпиваиии газов или жидкостей. Между тем химикотехнологические процессы в большинстве случаев сопровождаются значительным выделением или поглош е-пием тепла, что создает большие градиенты темиера-туры в условиях быстрых турбулентных потоков и при наличии твердых катализаторов, нередко находящихся во взвешенном состоянии. При реакциях обычно происходят изменения числа частиц, взаимная диффузия исходных и конечных продуктов и т. д. Макрокинетика — это кинетика реакций с учетом физических и гидродинамических факторов (градиенты температуры, концентрации, турбулентность, размеры и форма аппаратуры), воздействующих на скорость реакций и выход продуктов. [c.26]

Если осмотреться по сторонам и попытаться навести мосты , то прежде всего надо сказать, что методическая сторона полученных результатов может быть полезна в смежных к химической кинетике областях — в биологической и ферментивной кинетике [130,173,174,316,317,347,353,426], физике горения газов [36,370,423], лазерной химии [48,60,76], химии плазмы [251, 330,366 и др. Являясь связующим звеном между термодинамикой и химией, между макрокинетикой и физической кинетикой, химическая кинетика, ее методы и подходы могут быть полезны и для родственных наук. [c.237]

Таким образом, особый характер макрокинетики физикохимических процессов в МСС, является следствием непрерывного изменения химической и структурной природы системы в процессе ее наблюдения. Любые такие системы описываются законом типа у = ехр ( к I " ). Эти законы выполняются для всех относительно медленных физических и химических процессов. Это явление универсально для всех систе.м, если время эксперимента превышает время изменения последовательности структурно-энергетических состояний системы. Это возможно, когда система, в которой течет жидкость гит протекает реакция, изменяет свою природу. В быстрых процессах, если время эксперимента (наблюдения). меньше времени изменения состояния систелш, в которой развивается процесс, имеет место обычная кинетика. [c.41]

В книге можно найти сиедения по всем основным разделам современной химической кинетики гомогенных реакций формальной кинетике, элементарным реакциям в газовой, жидкой и твердой фа 1ах, механизмам различных органических и неорганических реакций, гомогенному катализу, фото- и радиационной химии, макромолекулярной химии и макрокинетике. [c.2]

Если химическая реакция протекает в потоке, то на кинетику реакции накладываются гидродинамические условия системы. Макро-ккнетика изучает закономерности протекания физических (массо- и теплоперенос) и химических процессов во времени и пространстве ее законы и методы исследования представляют собой теоретическую основу современной химической технологии. При проектировании химического производства, в частности химических реакторов, необходимо учитывать скорости химической реакции, массопереноса и теплопереноса. Ярким примером процесса, где реакция, нагрев и диффузия вещества протекают одновременно, является горение, причем режим горения, как мы видели, определяется характеристиками всех трех процессов. Законы макрокинетики используются для построения моделей земной атмосферы, звездных туманностей, моделей образования и развития звезд и планет. [c.313]

О преимуществах в решении всех главнейших проблем химии и, в частности, проблем управления реакциями синтеза вещества с заданными свойствами, которые появляются в связи с подъемом с уровня структурной химии на уровень учения о химических процессах, убедительно рассказал Н. Н. Семенов [12, с. 64]. Но в настоящее время этот уровень представляет собой еще во многом неосвоенную область. Пока не решены очень многие вопросы, относящиеся к выяснению природы промежуточных частиц (карбо-ний-ионы, ион-радикалы). Недостаточно ясными остаются вопросы о механизмах циклического переноса электронов, об их распространенности, о совмещенности с другими механизмами. Трудно осваивается в практике управления процессами теория абсолютных скоростей реакций. Масса белых пятен остается в области катализа. А главное, еще далеко не достаточно разработаны вопросы кинетики, макрокинетики и гидродинамики больших реакторных систем, лимитирующие решение сложнейшей проблемы масштабного перехода от лабораторных исследований к промышленным агрегатам. Все это пока целинные земли третьего уровня химии. О них подробнее см, гл, IV, [c.30]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология