Кинетика массопередачи химическими реакциями

Обычные значения коэффициентов массопередачи лежат в пределах 10 —10 см/с, что соответствует общему сопротивлению 100—1000 с/см. Химическая гетерогенная реакция первого или псевдопервого порядка, обратное значение константы скорости которой сравнимо с значением этого сопротивления, будет оказывать ощутимое влияние на скорость экстракции. Такую реакцию обычно называют медленной, понимая под этим лишь сравнимость времени релаксации химического и диффузионного процессов. В кинетике гомогенных химических реакций принято условно делить все реакции на быстрые и медленные. Гомогенные реакции первого порядка, имеющие константу скорости выше 10 с , считаются быстрыми для их исследования требуются специальные методы, отличающиеся от традиционных [70]. [c.391]

Классическая химическая кинетика рассматривает химические реакции в идеализированных условиях. Чтобы выявить истинный химический механизм процесса, необходимо прежде всего исключить влияние факторов, способных дополнительно усложнить картину протекания процесса. Такими факторами прежде всего являются физические процессы теплопередачи, массопередачи и диффузии. Устранение этих факторов достигается путем применения специальных методов проведения эксперимента. [c.47]

К существенным теоретическим выводам этой главы относятся закономерности кинетики протекания химической реакции первого порядка, когда растворенные молекулы диффундируют от межфазной границы в жидкую фазу, и реакции второго порядка при взаимодействии растворенных молекул газа с нелетучим реагентом, который находится в жидкой фазе и диффундирует к границе раздела, где встречается с поступающими молекулами газа. Показано, что в этих двух случаях влияние реакции может быть совершенно различным и что скорость массопередачи может быть не пропорциональна движущей силе, особенно при протекании бимолекулярной реакции. Рассмотрены примеры применения теории, включая определение скоростей абсорбции оксидов азота в воде и в растворах кислот, анализ абсорбции диоксида углерода щелочными буферными системами, а также процесса окисления сульфита железа в водном растворе. [c.332]

Это положение справедливо и для абсорбции, сопровождающейся химической реакцией первого порядка. Однако из рассмотренных работ по кинетике реакций второго порядка следует, что коэффициент массопередачи является функцией движущей силы. , [c.193]

Основные показатели эффективности функционирования элементов ХТС выражают в виде коэффициентов полезного действия (к. п. д.) элементов или величин, характеризующих фактический выход химического продукта из элемента ХТС, которые для технологических процессов собственно химического превращения представляют собой степени превращения химических компонентов, а для технологических процессов межфаз-ной массопередачи — степени межфазного перехода (степени разделения) или коэффициенты извлечения. К. п. д. элементов показывают степень приближения технологического процесса к равновесию. Расчеты к. п. д. требуют знания равновесных соотношений, хотя эти величины определяются в основном кинетикой процесса фактическое число компонентов, вступивших в химическую реакцию, или количество поглощаемого компонента зависит соответственно от скорости химического превращения или от скорости массопередачи. [c.15]

Когда скорость реакции очень мала по сравнению со скоростью массопередачи J, состав фазы / равномерен и находится в равновесии с другой фазой. Если известно уравнение, описывающее кинетику реакции, то легко вычислить (см. стр. 160). В случае относительно быстрой реакции на распределение концентрации сильно влияет соотношение между скоростями массопередачи и гомогенной химической реакции может быть найдено только на основании экспериментального исследования связи указанных факторов со степенью дисперсности (см. стр. 160). [c.157]

Общий теоретический подход при анализе динамики внутреннего переноса заключается в решении уравнений, описывающих одновременное протекание массопереноса и химической реакции в порах. Рассмотрим [15, с. 129] наиболее простой случай — реакцию в сферической грануле радиуса г — при следующих допущениях гранула находится в изотермических условиях диффузия в пористой структуре подчиняется первому закону Фика и характеризуется постоянным по всей грануле эффективным коэффициентом диффузии Оэфф, форма которого зависит от условий массопередачи внутри поры (кнудсеновское, объемное или вынужденное течение) в реакции участвует один реагент А, она необратима и ее истинная кинетика описывается степенной функцией концентрации вещества А, т. е. скорость реакции равна ks , где — истинная константа скорости на единицу поверхности катализатора система находится в стационарном состоянии, т. е. изменение массовой скорости потока в результате диффузии, (например, к центру гранулы) равно скорости реакции внутри поры. В рамках этой модели получено аналитическое выражение для т] [c.88]

Динамика ионного обмена описывается системой уравнений статики, кинетики и материального баланса. Однако кинетические модели ионного обмена различны. Процесс может контролироваться внешней или внутренней диффузией, или химической реакцией между ионитом и компонентом раствора. Иногда он зависит от других факторов, например от изменения объема ионита, от диффузионного электрического потенциала, который может возникать, если ионы имеют разные заряды и разные подвижности, и проч. В связи с этим предложено множество кинетических уравнений для разных вариантов механизма процесса. Априорный выбор той или иной кинетической модели, а следовательно, и кинетического уравнения для конкретного ионообменного процесса обычно затруднителен — требуется предварительное экспериментальное исследование. Чаще всего закономерности кинетики ионного обмена в основном тождественны таковым для диффузионных адсорбционных процессов, где массопередача в значительной мере зависит от гидродинамических условий. Вопросы кинетики ионного обмена рассмотрены в монографиях [52, 83а, 107, 145, 180, 181]. [c.309]

Часто химическая реакция на поверхности раздела фаз происходит значительно быстрее, чем массопередача веществ к поверхности и от поверхности в газовую фазу или внутри образовавшейся новой фазы, например внутри пленки окисла на поверхности твердого тела. ЭтО значит, что кинетика гетерогенных реакций часто сводится к кинетике диффузионных процессов, протекающих с уменьшением свободной энергии (ДС) и с увеличением энтропии. [c.49]

Пример 1Х-5. Моделирование процесса разложения в трубчатом реакторе. Для того чтобы использовать методы математического моделирования для оптимального проектирования химико-технологических установок или нахождения оптимальных режимов проведения процессов, необходимо располагать уравнениями, описывающими гидродинамику, тепло- и массопередачу и кинетику химических реакций, протекающих в изучаемой физической системе. [c.196]

Эмпирические коэффициенты массопередачи К -а не отражают точные физико-химические закономерности процесса абсорбции, осложненной сравнительно медленной обратимой химической реакцией. Поэтому указанная выше высота затопления рассчитана на основе математической модели кинетики абсорбции (стр. 153). Корректность модели подтверждена обработкой данных, полученных при обследовании промышленных абсорберов Новгородского и Черкасского химкомбинатов отклонение расчетной скорости абсорбции от действительной не превышало 20%. [c.148]

Кинетика ионного обмена в неподвижном слое адсорбента, как и в случае адсорбции, может быть описана основным уравнением массопередачи (20.20). Отличительной особенностью кинетики ионного обмена является наличие стадии гетерогенной химической реакции, скорость которой обычно выше скорости диффузионных стадий процесса. Кроме того, следует учесть, что при ионном обмене скорость массопередачи часто лимитируется внутренним массопереносом. [c.212]

В кинетической области скорость собственно химического взаимодействия существенно меньше скорости массопередачи, и потому именно химическая реакция лимитирует скорость всего процесса. Расчет необходимых размеров аппарата в этом случае производится с учетом только кинетики химических реакций. [c.946]

Влияние изменения соотношения объемов фаз зависит от того определяется процесс кинетикой химической реакции или массопередачей, местом реакции и растворимостью продуктов реакции в обеих фазах. В результате эту зависимость трудно использовать п с ее помощью редко удается получить удовлетворительный результат. Если процесс контролируется химической кинетикой и ограничивается одной фазой, а отношение объемов фаз не меняется в результате реакции, то скорость получения продукта будет зависеть только от времени пребывания фазы, в которой протекает реакция. Она не будет зависеть от времени пребывания другой фазы н от соотношения объемов фаз. [c.375]

В последние годы изучению кинетики экстракционных процессов уделяется все больше внимания. Важность этих исследований заключается не только в определении путей интенсификации процесса экстракции, но в большей степени в получении информации о механизме химических реакций, сопровождающих массопередачу, а также в возможности использовать кинетические факторы для разделения методом экстракции близких по свойствам элементов. [c.200]

В настоящее время наметилось три подхода к анализу и расчету кинетики массопередачи с химической реакцией. [c.6]

Теоретические основы инженерных методов расчета кинетики массопередачи с химической реакцией в жидкой фазе [c.10]

Кинетика массопередачи с химической реакцией в жидкой фазе [c.18]

Отметим, что практически во всех работах анализ кинетики массопередачи с химической реакцией в жидкой фазе выполнен на основе принципа независимой диффузии. По-видимому, это является оправданным [29, 42], поскольку содержание в жидкости ключевого (передаваемого из газовой фазы) компонента мало, и бинарные коэффициенты молекулярной диффузии компонентов в жидкой фазе отличаются незначительно. [c.21]

При этом действительная химическая кинетика ие оказывает влияния на скорость процесса массопередачи. В уравнении (2.65) выражение в скобках есть предельное значение коэффициента ускорения Ут- Это область протекания очень быстрой (мгновенной) химической реакции. Терминология, предлагаемая [c.36]

Кинетика массопередачи со сложными химическими реакциями в жидкой фазе [c.75]

По-видимому, в наиболее общей форме кинетика массопередачи со сложной химической реакцией изучена в работе Г. Я. Мироновой с сотрудниками [37]. Авторы получили численное решение системы уравнений типа (2.2) — (2.5) для массопередачи с обратимыми последовательно-параллельными реакциями вида [c.87]

Анализ результатов опытов [7, 8], полученных в широком диапазоне изменения М/Я (на два порядка) и числа Не, позволяет сделать вывод об удовлетворительном для инженерных расчетов соответствии опытных данных уравнению (2.58) и в случае проявления эффекта поверхностной конвекции. Опытные и теоретические коэффициенты ускорения массопередачи согласуются с точностью 20%. Необходимо отметить, что, как следует из табл. 4.3 и рис. 4.21, использование р, полученных по обычной методике, т. е. без учета поверхностной конвекции [63, 72, 173—176], приводит к значительному расхождению теории и опыта (в некоторых случаях в 3—3,5 раза). Результаты убедительно свидетельствуют о необходимости учета поверхностной конвекции при расчете кинетики массопередачи с необратимой химической реакцией. [c.130]

В книге приведено теоретическое и экспериментальное обоснование и практическое применение метода расчета и моделирования сложных хемосорбционных процессов разделения газовых смесей. Метод основан на изучении закономерностей кинетики массопередачи с химической реакцией произвольной скорости. [c.220]

Рассмотрены общие теоретические положения, связанные с уравнениями конвективной диффузии с химической реакцией. Изложены физические представления модели кратковременного контакта фаз, принятой за основу инженерного анализа кинетики массопередачи. При этом математическое описание задачи сводится к системе нелинейных дифференциальных урав- [c.220]

На основе этих представлений проведен анализ кинетики массопередачи, сопровождающейся химической реакцией в жидкой фазе. [c.221]

Проведен анализ более сложных случаев хемосорбции. Рассмотрена кинетика процесса одновременной хемосорбции двух компонентов газа с параллельными необратимыми химическими реакциями в жидкой фазе. Сопоставление приближенных аналитических и численных решений позволило рекомендовать инженерные методы расчета взаимосвязанных коэффициентов ускорения массопередачи двух передаваемых компонентов газовой фазы в зависимости от степени исчерпывания хемосорбента на границе раздела фаз. [c.222]

Количественный анализ массопередачи в портстой структуре катализатора и связь ее с наблюдаемыми (кажущимися) характеристиками реакций является предметом многочисленных исследований. Общий теоретический подход при анализе рассматриваемых систем, основанный на известных принципах диффузионной кинетики, сводится к выводу уравнений, описьшающих одновременное протекание массопереноса и химической реакции на активной поверхности катализатора. При этом учитьгеается, что реагенты и продукты реакции диффундируют в грануле катализатора в противоположных направлениях. [c.79]

Рассмотрим кинетику массопередачи в процессе многокомпонентной хеморектификации, принимая следующие предположения а) химическая реакция протекает только в жидкой фазе б) кинетика реакций может быть сведена к линейной относительно вектора, составов. Принятые предположения не снижают общности поставленной задачи, так как, во-первых, в большинстве хеморектифи-кационных процессов реакции протекают в жидкой фазе или химическое взаимодействие в паровой фазе настолько мало, что им можно пренебречь без ущерба для точности расчетов, и, во-вторых,, кинетика любых реакций может быть сведена к линейной относительно вектора составов [78]. [c.349]

Движущая сила процесса Ас для химических реакций выражается по законам кинетики как произведение концентраций реагирующих веществ. Для массопередачи средняя движущая сила Асор выражается известными формулами прямотока, противотока и перекрестного тока [2]. [c.293]

Книга Последние достижения в области жидкостной экстракции под редакцией К. Хансона, изданная в 1971 г., представляет собой обзор важнейших работ по теории и практике экстракции, выполненных главным образом за последние годы, в котором процесс экстракции рассматривается во всем его многообразии. Отдельные главы посвящены химии экстракционных процессов, массопередаче, в том числе массопередаче, осложненной химической реакцией, явлениям на границе раздела фаз, коалесценции капель, типовому промышленному оборудованию и его расчету и т. д. По рекомендации Научного совета по теоретическим основам химической технологии мы опустили при переводе некоторые главы из книги (например, Функции отклика и контроль за экстракционными процессами , Одновременная тепло- и массонередача и Теплопередача при прямом контакте жидкость — жидкость ). В то же время мы сочли необходимым дополнить русский текст книги главой Кинетика экстракции в системе электролит — неэлектролит , учитывая развитие этого направления- у нас в стране и за рубежом и его перспективы для выяснения тонкого механизма экстракции и интенсификации экстракционных процессов. [c.9]

В тех случаях, когда экстракция происходит в результате комплексообразования между растворенным веществом и экстрагентом, общая скорость процесса может определяться как скоростью массопередачи между фазами, так и кинетикой реакции комплексообразования. Массонередача, сопровождаемая химической реакцией, детально обсуждается в главе 9. [c.20]

Ускоряющее влияние реакций связывания переносимого компонента в извлекающей фазе на кинетику его массопередачи вначале было доказано исследованиями в области хемосорбции труднорастворимых газов [2—4]. Разработанные при этом теории в дальнейшем без существенных изменений были перенесены на процессы экстракции с химическими реакциями [6, 117, 118, 152, 153]. В частности. Шарма [118], используя теорию хемосорбции Данквертса [156 — 158], обсудил влияние необратимой реакции второго порядка в извлекающей фазе на скорость массопередачи вещества при экстракции. Еще раньше Раал и Джонсон [152] вывели уравнение скоростп экстракции при наличии обратимой реакции димеризации экстрагируемого вещества в органической фазе, а Оландер учел обратимые реакции сольватации [151 ] и димеризации [153]. [c.381]

Кинетика массопередачи с последовательнопараллельными химическими реакциями [c.85]

В ряде работ исследована теория некоторых специальных случаев одновременной абсорбции двух компонентов газа. Так, рассмотрена проблема [80, 90], связанная с химическим взаимодействием компонентов между собой после перехода их в жидкую фазу. Получены приближенные аналитические и численные решения для абсорбции двух газов, сопровождаемой сложной реакцией, в частности последовательно-параллельной реакцией, включающей две необратимых и одну обратимую реакцию [91]. Предполагается, что по такой схеме может протекать реакция хлоргидрирования этилена. Массопередача со сложной реакцией изучена также в работах [58, 92—94, 96]. Наконец, в работе [95] рассмотрена теория кинетики двухкомпонентной хемосорбции, осложненной обратимыми химическими реакциями, однако анализ ограничен областью протекания мгновенной реакции. [c.85]

В настоящее время определились три подхода к созданию кинетического расчета и осуществлению моделирования хемосорбционных процессов. Первый из них заключается в использовании зависимостей, основанных на эмпирических коэффици ентах массопередачи. Однако, поскольку представления о кинетике процесса, привычные для чисто массообменных процессов, в данном случае не пригодны, экстраполяция эмпирических значений Кг о. связана со значительными погрешностями. Эмпирический подход не отражает физической сущности процесса и не может объяснить, например, сильную зависимость коэффициента массопередачи при хемосорбции от концентрации передаваемого компонента в газе в барботажных колоннах и в насадочных аппаратах. Так, в аппарате с седловидной насадкой изменение Лг только с 10 до 20% (об.) приводит при определенных условиях к снижению К/а приблизительно на 307о. Количественно уменьшение К/а зависит от области протекания химической реакции, однако использование эмпирических значений Кг а при экстраполяции в сторону больших Лг приведет к существенной ошибке. В то же время следует отметить значительно более слабый характер указанной зависимости в аппаратах пленочного типа. Поэтому если мы воспользуемся эмпирической зависимостью /Сг й(Лг), найденной, скажем, в опытах на барботажной колонне, для моделирования аппарата пленочного типа, то погрешность может быть велика, причем высота моделируемого аппарата может быть завышена и занижена в зависимости от направления экстраполяции. [c.164]

Если предположить, что полная или частичная замена воды Ы-метилпирролидоном не существенно сказывается на механизме и скорости химических реакций, то при моделировании можно использовать кинетическую модель, изложенную выше (см. разд. 6.5). Основанием для такого предположения являются расчеты, выполненные И. Г. Завелевым (МИХМ). Он обработал опытные данные Ю. В. Аксельрода и А. И. Морозова по кинетике абсорбции СО2 водноорганическими растворами МЭА в пленочной колонне и нашел при умеренных степенях карбонизации значения г, весьма близкие к описываемым уравнениям (2.93). Соответственно, для построения локальной модели массопередачи рекомендуется при умеренных степенях карбонизации использовать уравнение (2.40), при высоких степенях карбонизации (а 0,5)—уравнение (6.17). [c.193]

Аналитическое решение сопоставлено с численным решением задачи анализ полученных уравнений позволил выявить ряд закономерностей кинетики массопередачи с химической реакцией, в частности, определить поведение коэффициента ускорения массопередачи в зависимости от параметров процесса, выделить предельные области протекания процесса хемосорбцип. [c.221]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология