Хемосорбция модели процесса

В данном разделе приведены математические модели процессов абсорбции, ректификации, экстракции и хемосорбции. Даны критериальные уравнения, позволяющие моделировать коэффициенты массопередачи для основных гидродинамических режимов процессов в насадочных колоннах. [c.38]

Пенетрационная теория. Рассмотрим процесс хемосорбции в приближении пенетрационной модели. Массообмен, сопровождаемый необратимой химической реакцией второго порядка, в этом случае описьшается системой уравнений [c.269]

Определение емкости монослоя Пт всегда проводят, согласуя экспериментальные данные с той или иной моделью процесса адсорбции. Часто необходимо провести раздельное определение удельной поверхности образца, состоящего из нескольких фаз. В этом случае стараются использовать специфичную адсорбцию, величина которой на разных фазах различается. Вместе с тем поверхность отдельной фазы может быть в значительной мере энергетически неоднородна из-за различий кристаллографического и топографического характера. Поэтому, исследуя многофазный образец, необходимо выбирать адсорбаты, адсорбция которых на разных фазах сильно различается, т. е. использовать хемосорбцию различных газов. [c.294]

Ведущей идеей в исследованиях, посвященных выяснению роли химического состава катализатора, была идея о хемосорбции. На ней базировались гипотезы, предлагавшие различные модели процессов образования тех или иных промежуточных форм [c.208]

Зонная модель процесса. В общем случае хемосорбционный процесс очистки газа от НаЗ в тарельчатой колонне может протекать в условиях значительного изменения концентраций компонентов и МЭА по высоте аппарата. Изучение кинетики хемосорбционного процесса показывает, что его математическая модель существенно зависит от высоты колонны, для учета указанных изменений следует рассматривать зонную математическую модель процесса хемосорбции. Приведем анализ такой модели для случая гидродинамической модели идеального вытеснения по двум фазам (рис. 1У-6). На схеме обозначены С, Ь — нагрузки колонны по газу и жидкости к — высота колонны Ка, К — коэффициенты массопередачи по газу и жидкости с — концентрация МЭА X, у — равновесие концентрации компонента п в жидкой и газовой фазах (1Р — элементарное сечение аппарата. [c.254]

Таким образом, основой проверочных и проектных расчетов для процесса разделения являются математические модели ее отдельных элементов собственно колонны, кипятильника, дефлегматора, подогревателя декантаторов и т. д. Среди процессов вьщеления целевых продуктов (абсорбция, экстракция, ректификация, хемосорбция, азеотропно-экстрактивная ректификация и т. п.) ректификация является наиболее сложным и общим [c.80]

Предлагается математическая модель процесса хемосорбции на основе зонного принципа. [c.215]

Таким образом, динамика процесса абсорбции в насадочном аппарате в режиме идеального вытеснения без труда может быть описана с помощью формул, аналогичных уже полученным для противоточного теплообменника. Значительно сложнее исследовать динамику насадочного абсорбера в том случае, когда нельзя пренебречь продольным перемещиванием. При использовании одно-параметрической диффузионной модели абсорбер описывается уравнениями (1.2.30), (1.2.31) с граничными условиями (1.2.37) (считаем, что расходы по жидкости и газу постоянны). Как и раньше, будем полагать, что функция 0 (0 ) имеет линейный вид 0д = Г01. При этом функциональный оператор А, задаваемый с помощью уравнений (1.2.30), (1.2.31), граничных условий (1.2.37) и нулевых начальных условий будет линейным. Но поскольку уравнения математической модели являются уравнениями в частных производных второго порядка, исследовать этот линейный оператор очень трудно. С помощью применения преобразования Лапласа по t к уравнениям и граничным условиям можно получить выражение для передаточных функций. Однако они будут иметь столь сложный вид по переменной р, что окажутся практически бесполезными для описания динамических свойств объекта. Рассмотрим математическую модель насадочного абсорбера с учетом продольного перемешивания при некоторых упрощающих предположениях. Предположим, что целевой компонент хорошо растворяется в жидкости, и поэтому интенсивность процесса массообмена между жидкостью и газом пропорциональная концентрации целевого компонента в газе. В этих условиях можно считать 0 (0 ) 0. Физически такая ситуация реализуется, например, при хемосорбции, когда равновесная концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе равна нулю. При 0а(0 ) = О уравнение (1.2.30) становится независим мым от уравнения (1.2.31), поскольку в (1.2.30) входит только функция 00 (л , t) При этом для получения решения о(а , t), системы достаточно решить одно уравнение (1.2.30) функцию QL x,t), после того как найдена функция можно найти [c.206]

Выполненные исследования позволили предложить зонную математическую модель процесса хемосорбции в насадочном аппарате и наметить дальнейшие пути ее использования для интенсификации процесса и управления промышленными колоннами. [c.216]

Обычно изотерма Лангмюра лишь приближенно описывает ход процесса хемосорбции. Следовательно, в принятую модель необходимо внести поправки. Предположим, что наблюдаемые отклонения вызваны следующими причинами [c.277]

По модели адиабатического реактора вытеснения рассчитывают контактные аппараты с фильтрующим слоем катализатора. Эта модель применима к расчету камерных реакторов, в которых протекают гомогенные реакции, например для печи синтеза хлороводорода (см. рис. 24). Прямоточные абсорберы с изолирующей футеровкой, в которых газ движется сверху вниз, параллельно разбрызгиваемой жидкости, тоже близки по температурному режиму к адиабате, если учитывать сложность Спр, которое включает не только теплоту хемосорбции, но и возможные теплоты физических процессов конденсации паров или испарения жидкости. [c.106]

Методы составлений кинетических уравнений (моделей 1 гетерогенных каталитических реакций. Как правило, многие гетерогенные каталитические реакции (как ионного, так и электронного типов) удовлетворительно описываются кинетическими уравнениями первого порядка (особенно в области малых заполнений поверхности катализатора). Это, по-видимому, обусловливается тем, что лимитирующей суммарный каталитический процесс стадией является хемосорбция на однородной поверхности катализатора, осуществляемая мономолекулярно. При этом первый кинетический порядок имеет место обычно независимо от того, осуществляется ли хемосорбция по одноцентровому или многоцентровому (в виде мультиплетов, ансамблей и др.) механизмам. Установлено, что большее влияние на кинетический порядок каталитических реакций оказывает неоднородность поверхности. В ряде случаев большая адекватность достигается при использовании кинетических уравнений (моделей), выведенных исходя из представлений неоднородности поверхности (С.З.Рогинский, Я.Б.Зельдович, М.И.Темкин и др.). [c.434]

Одномерная диффузионная модель во многих случаях достаточно полно отражает физическую сущность массопередачи в колонных аппаратах. По-видимому, использование однопараметрической модели обеспечивает для большинства практических задач разумное сочетание ясности физической картины, возможности сравнительно несложного определения параметров модели и доступности математического решения. Как показано в гл. 6, метод расчета массопередачи с химической реакцией в жидкой фазе, основанный на использовании системы уравнений (5.6) и (5.7) с коэффициентом ускорения массопередачи, определяемым уравнением (2.58), обеспечивает надежность решения практических вопросов хемосорбции и может быть положен в основу математического моделирования химико-технологических процессов. [c.159]

Представляют определенный интерес некоторые упрощенные методы физического моделирования хемосорбционных процессов. Н. А. Гольдбергом и В. А. Кучерявым [216] предложен метод моделирования хемосорбционных насадочных колонн, основанный на выполнении следующих условий для объекта и модели 1) идентичность химических реакций 2) одинаковая степень приближения к предельному гидродинамическому режиму 3) равенство температур, давлений, начальных концентраций и степеней поглощения (превращения) передаваемого компонента и хемосорбента и, следовательно, равенство отношения весовых потоков газа и жидкости 4) между степенью поглощения при хемосорбции ф [c.165]

Экспериментально показано,что хемосорбция серного ангидрида керосином, протекающая в режиме мгновенной реакции, аналогична хемосорбции его высшими спиртами.Поэтому для расчетов процесса сульфирования керосина в пленочном реакторе используется математическая модель тепломассообмена, разработанная нами ранее / 4 /. [c.40]

Чаще всего при исследовании электронной структуры хемосорбционных комплексов прибегают к кластерным моделям. Их применение позволяет использовать для расчетов весь арсенал средств квантовой химии и решать самые разнообразные по физическому содержанию задачи. Изучались потенциальные поверхности процесса адсорбции, хемосорбция на разных гранях, роль дефектов, влияние степени заполнения и размеров кластера, участие различных АО в образовании связей, корреляции между ИК-спектрами и порядками связей и др. В табл. III.2 приведены типы кластеров и указано, с помощью какого из квантовохимических методов проводились некоторые расчеты. [c.63]

В большей части расчетных квантово-механических работ рассматривается хемосорбция, трактуемая как образование химической связи с участием свободных электронов или свободных дырок полупроводника, и только в работах Ф. Ф. Волькенштейна [25] и Хауффе [24] анализ вопроса проведен несколько дальше и сделаны попытки представить себе, хотя бы в самых общих чертах, дальнейшее течение каталитического процесса. Базируясь на весьма несовершенных представлениях зонной теории, эти авторы вводят дополнительные гипотезы и используют модели, приемлемость которых к описанию поверхностных химических явлений отнюдь не очевидна. Между тем в конкретных экспериментальных работах наблюдаются явления, необъяснимые указанными теориями без введения дополнительных гипотез. Поэтому детализация выводов с попытками их распространения на сложные системы и конкретные каталитические реакции без прямой проверки предпосылок представляют определенную опасность. [c.14]

Основываясь на описанных выше моделях, мы приходим к заключению, что для чужеродных элементарных частиц, по степени их взаимодействия с поверхностью кристалла, будут иметь место подобные же энергетические различия, зависящие от числа соседей, которые способны образовать связь с этими чужеродными частицами. Конечно, иной тип связи, возникающей между поверхностными я чужеродной частицами, и другие геометрические размеры последней накладывают специфический отпечаток на описываемое здесь явление хемосорбции. Тем не менее кристаллохимическая характеристика активного места на кристалле является первичной и основной как в процессах конденсации, так и для хемосорбции и фазовых переходов, начинающихся с хемосорбции. Во всех этих явлениях наиболее активную роль должны играть места типа 3, хотя и другие места 1, 2 во многих случаях могут явиться ареной химического взаимодействия, особенно в случае большой свободной энергии процесса, способного развиться в системе твердое тело — реагент. [c.146]

С заполнением. В модели, которую рассмотрели Портер и Томпкинс [89], учитывается активированная миграция адсорбированных частиц. Эти авторы показали, что при хемосорбции водорода и окиси углерода на железных пленках, приготовленных путем напыления, полученные данные свидетельствуют о быстрой адсорбции до полного насыщения на местах с низкими значениями х (.В-места), за которой следует активированная миграция адсорбированных частиц с этих мест на другие места (Л-места), куда частицы не могут попасть непосредственно из газовой фазы. Принимая во внимание другие данные, они пришли к выводу, что Л-места находятся также на поверхности, но энергия активации процесса заполнения этих мест из газовой фазы намного превышает энергию активации миграции с В-мест. Их модель сохраняет свое значение и в том случае, если принять, что Л-места находятся на внутренних поверхностях адсорбента. Казалось бы, однако, что при активированной миграции скорость процесса адсорбции почти не будет зависеть от давления, но Портер и Томпкинс этого не наблюдали. [c.517]

Вопрос о корреляции этих представлений о механизме с наблюдаемым на опыте уменьшением теплоты хемосорбции с увеличением покрытия еще не решен. Существование биографической неоднородности, по-видимому, указывает на то, что на поверхности имеются места с высоким адсорбционным потенциалом, которые могут быть быстро покрыты адсорбированными частицами, причем этот процесс проходит с очень малой энергией активации или почти без нее. Если такие места действительно существуют, то они окажут очень сильный эффект на величины теплот хемосорбции, но, помимо начального мгновенного поглощения некоторого количества хемосорбированного газа, наличие этих мест не вызовет существенного изменения рассмотренных выше моделей, поскольку хемосорбция, на них протекает необратимо. Уменьшение начальной быстрой хемосорбции может, однако, сказаться в изменении величины в уравнении (16). При рассмотрении теплоты хемосорбции, несомненно, нужно учитывать индукционные эффекты, однако этот вопрос еще не исследован. [c.517]

Моделирование газожидкостных реакторов с механическим перемешиванием проводится в настоящее время, как правило, в рамках моделей идеального смешения, где основное внимание уделяется межфазным процессам, удерживающей способности по газовой фазе, изменению подводимой мощности и времени смешения за счет энергии газов и т. д. При этом процессы хемосорбции анализируются отдельно от процессов массопередачи в реакторе [305, 306]. Для такого подхода необходимо иметь достаточную априорную информацию о значениях концентрации реагентов в ядре жидкости, толщине диффузионной пленки и т. д., что на практике не всегда оказывается возможным. [c.218]

Основу модели нижнего уровня составляет математическое описание хемосорбции кислорода совместно с процессами, осуществляющимися в объеме реактора идеального смещения (толщина пленки оценивается из решения задачи динамики [c.219]

Следует указать, что известно лишь очень немного случаев хемосорбции, отвечающих уравнению Ленгмюра во всем диапазоне значений степени заполнения поверхности. Однако известно несколько систем, для которых модель Ленгмюра справедлива в ограниченном диапазоне значений 0. Это также подтверждает, что большинство поверхностей неоднородно и что адсорбция представляет собой некооперативный процесс в том смысле, как это подразумевается в предположении 3 в разд. 2.3.1. [c.42]

С двумерной трансляционной подвижностью. Такие адсорбированные атомы должны понижать электросопротивление пленки и работу выхода. Поверхностные дефекты, например вакансии, границы зерен, примеси, должны представлять места для 5-адсорбции со сравнительно низкой энергией. Модели подобного рода представляют ценность для ориентации будущих экспериментальных исследований [79], необходимых для более полного описания процесса хемосорбции. [c.34]

Рассмотрев зонную модель, остановимся на особенностях процесса хемосорбции сероводорода водным раствором МЭА. Этот процесс имев две существенные особенности во-первых, низкий порядок реакции и, во-вторых, незначительный процент превращения МЭА в процессе реакции. [c.49]

Методы расчета массообмена, сопровождаемого химическими реакциями, разрабатьтались главным образом на основе пленочной и пенетрационной моделей применительно к плоской границе раздела фаэ. Рядом исследователей эти методы применялись для расчета хемосорбции в сферических частицах. При исследовании процессов испарения и горения частиц использовалась модифицированная пленочная модель — метод приведенной пленки. Применимость перечисленных приближенных моделей нуждается в обосновании. [c.258]

Наряду с анализом новых результатов обсуждаются границы применимости решений, полученных в приближении пленочной и пенетрационной моделей, а также метода приведенной пленки. Сравнение с результатами точных расчетов показьшает, что приближенные модели удовлетворительно описьшают процесс хемосорбции в сплошной фазе в случае быстропротекающих реакций. Кроме того, они могут бьггь рекомендованы для качественного анализа сложных процессов, когда построение строгих решений не представляется возможным. [c.259]

Модель массопередачи в системах с химической реакцией на базе двупленочной теории Уитмана — Льюиса [И, 12] была разработана Хатта [13] и Позиным [14]. Модель Хатта — Позина использовалась для описания процесса хемосорбции многими исследователями, и в некоторых частных случаях ее применение дает удовлетворительные результаты [15—18]. Тем не менее очевидно, что использование классической двупленочной теории [19] применительно к процессам хемосорбции на сферической границе раздела фаз не может дать надежных методов расчета аппаратуры. [c.231]

Как правило, один элемент ХТС может быть описан совокупно стью ескольких модулей. Например, насадочная колонна, в которой протекает неизотермический процесс хемосорбции, представляется математической моделью в виде совокупности нескольких модулей межфаЗ(Ного массообмена, химического превращения, нагрева и смешения— разделения. Некоторые элементы ХТС могут [c.55]

Несмотря на различную физико-химическую природу рассмотренных выше процессов, разработка математических моделей каждого из них и методология определения параметров во многих аспектах имеет много общего. Прежде всего для каждого из процессов характерны такие этапы, как исследование условий химического и фазового равновесия, причем для большинства из пих по единой методологии и одним и тем же моделям оценка гидродинамической структуры систем с двумя (и более) фазами применительно к выбранному типу оборудования оценка параметров кинетических закономерностей (коэффициентов массопередачи, площади поверхности раздела фаз, коэффициентов диффузии и т. д.) для учета реальных условий массоиереноса установление механизма химических реакций и оценка параметров (для процессов химического превращения, хеморектификации, хемосорбции), выбор разделяющего агента (для комплексов с разделяющими агентами). [c.94]

О, адсорбированные анионы, адатомы металлов и др.) а/ и ttj/i — соответствующие значения адсорбционных коэффициентов. Уравнение отвечает аддитивному влиянию различных адсорбированных частиц на энергию активации процесса хемосорбции органического вещества. В случае собственной неоднородности поверхности уравнение (3.57) выполняется при условии, что адсорбция различных компонентов происходит на одних и тех же адсорбционных центрах и энергии адсорбции на i-x местах компонентов А, В, С... связаны между собой простой связью (ЛО°а) =а (ДО°в) = a"( AG° ). .., т. е. вид функции распределения для различных компоненто.в сохраняется неизменным. Одновременное выполнение названных условий при адсорбции веществ, сильно отличающихся по своей химической природе, представляется маловероятным. Возможна некоррелируемость или сложная связь свободных энергий и энергий активации процессов хемосорбции различных частиц. Соответственно уравнения, выражающие зависимость Уа от 0i, могут отличаться от уравнения (3.57) и быть значительно более сложными. Аддитивность в большей мере соответствует модели наведенной неоднородности, когда частицы различных сортов одновременно участвуют в соз-.дапии общего дипольного потенциала на поверхности или определенной плотности электронного газа. [c.111]

По мнению многих исследователей, логарифмическая зависимость хемосорбции от времени согласуется с представлениями об адсорбции как процессе, который протекает с постоянно увеличивающейся энергией активации. Щедлржено много теорий и моделей, описывающих кинетику низкотемпературного окисления металлов. В большинстве случаев трудно, а часто и невозможно проверить правильность модели и значений параметров, входящих в уравнения. Кроме того, все математические модели строятся из предположения о плоскопараллельном росте оксидных пленок, что не всегда соответствует реальной картине. [c.41]

Имеется представление и о том, что адсорбция воды может протекать не только на гидроксильных группах поверхности оксида, но и на негидратированных центрах за счет образования координационных связей [51]. Изучение процессов хемосорбции воды на свежеобразованных и окисленных поверхностях металлов не получило еще достаточного развития и на основе имеющихся данных можно строить пока лишь приближенные модели. [c.54]

В соответствии с граничными условиями (2.7) и (2.8) [5, 6, 34—36] хемосорбент и продукты реакции являются нелетучими, а концентраций компонентов реакции в основной массе жидкости постоянны. Последнее оправдано для малого времени контакта фаз, характерного для промышленных процессов массо-обмена. На этом же основании принята постоянной концентрация абсорбируемого компонента в газе и, соответственно, величина Ар. Анализ для стекающей пленки жидкости показал [37], что учет распределения скорости Wx(y) и конечной толщины пленки /г ж(у = Ь ж, дВ1ду = 0) необходим лишь при малых /г/ж и больших X. Так, расчет для конкретных условий [гц=10 м /(кмоль-с), Вж=1 кмоль/м , Z)A = 2 10 м /с] показал, что влияние толщины пленки проявляется лишь при /г ж<0,025 мм, т. е. при значениях /г ж, которые более чем на порядок меньше обычно используемых толщин пленок (см. табл. 1.1). Обычно, процесс хемосорбции одинаково точно описывается как при помощи модели кратковременного контакта фаз, так и на основе численного решения, учитывающего прорастание диффузионного пограничного слоя лишь при очень больших фф использование второго подхода становится необходимым. [c.20]

Поскольку в хемосорбционных системах предполагается взаимодействие между. адсорбентом и адсорбатом, связанное со специфическими центрами адсорбции, процесс хемосорбции может осложняться тем, что хемооорбированная молекула занимает или блокирует второй соседний центр адсорбции. Это означает, что на каждую адсорбированную молекулу фактически приходится два смежных центра. В рамках модели Лэнгмюра в этом случае скорость адсорбции о-писы-вается ннетическим уравнением [9] [c.514]

Большинством исследователей давно было признано, что наблюдаемое уменьшение теплот хемосорбции с покрытием поверхности, особенно на начальных стадиях процесса адсорбции, может быть также частично обусловлено биографической неоднородностью. Весьма вероятно, что преимущественно будут заполняться места, обладающие высокой энергией адсорбции, как, например, ступени Френкеля, дислокации и ребра кристаллов. Однако эти места преимущественной адсорбции составляют в целом только малую часть всей поверхности и естественно предположить, что после того как они будут заполнены, их влиянием на Q можно будет пренебречь. Таким образом, простая модель активных мест не может объяснить зависимости Q от 0 при больших заполнениях поверхности. Однако имеется возможность обойти это затруднение, если принять для поверхности более динамичную модель. Нет оснований а priori считать, что дефект поверхности является неподвижным и как бы закрепленным на месте, а его передвижение во время хемосорбции дает возможность единичному дефекту посетить и активировать целый ряд адсорбционных мест. С другой стороны, если при температуре опыта вторичные процессы, протекающие в адсорбированном слое, способны создавать новые места для адсорбции или регенерировать исходные, то вновь можно себе представить, как дефекты будут влиять на хемосорбцию большого числа атомов. Так, например, регенерация дефекта может произойти как в результате поверхностной диффузии атомов от дефекта после диссоциации молекулы, так и в результате миграции хемосорбированных атомов (например, атомов Н) в междуузельные положения. Хемосорбция кислорода на некоторых металлах (например, меди, железе, кобальте) неотличима от окисления, так как после начальной стадии хемосорбции атомы металла мигрируют при 20° С (и даже при более низких [c.500]

Рогинский и Зельдович отметили следующее важное обстоятельство если скорость хемосорбции уменьшается экспоненциально с покрытием, согласно уравнению (15), то это согласуется с представлением об активированной адсорбции как о процессе, который протекает с постепенно увеличивающейся энергией активации. Хотя эти авторы изучали найденное ими соотношение главным образом применительно к адсорбции на МпО,, они показали, что один или два других процесса хемосорбции также подчиняются вышеприведенному уравнению (см. табл. 1). Недавно расчетная работа Тейлора и Тона [88] показала, что целый ряд других процессов хемосорбции протекает согласно уравнению (16) они отмечены одной звездочкой в табл. 1. В таблицу включены также другие примеры, которые, согласно опытным данным, соответствуют уравнению (16). Из таблицы следует, что уравнение Рогинского — Зельдовича охватывает почти все типы хемосорбционных процессов . Целый ряд обсуждаемых ниже моделей приводит к уравнению вида (15) [c.511]

Здесь важно подчеркнуть ограниченность модели разделяемой кинетики. В рамках этой модели нельзя объяснить изменения в селективности, если они сопровождают процесс дезактивации. Модель не описывает случай, когда имеет место преимущественная дезактивация одного из компонентов бифункцио- нального катализатора. Эти ограничения вытекают из физических представлений, приведших к уравнению (3.42), а именно , идеальность поверхности, характеризуемой однородными и невзаимодействующими между собой активными центрами. Иными словами, хемосорбция молекулы на активном центре не модифицирует свойства соседних свободных или уже занятых центров. Хорошо известно, что неоднородность активных ценТ [c.61]

Основное отличие модели растворения титана Капрани от модели Келли заключается, в следующем. Капрани считает, во-первых, в комнлексообразовании обязательно принимают участие анионы раствора и, во-вторых, пытается учесть наличие на поверхности активно растворяющегося титана слоя гидрида. Нам представляется, что модель Капрани носит более общий характер и поэтому более справедлива. Действительно, Я. М. Колотыркин [53] сделал общий вывод о том, что процессы растворения и пассивации металлов в водных растворах не могут быть объяснены только реакциями в системе Me—Н2О— —Н+—0Н . Важное значение для процессов растворения металлов имеет хемосорбция компонентов раствора на поверхности металла. Поэтому в растворах галогенидов, особенно при повышении их концентрации, должны преобладать реакции растворения типа (2.12) и (2.15). Ниже при обсуждении особенностей поведения титана в высококонцентрированных растворах хлоридов будут приведены и соответствующие экспериментальные данные о влиянии a i- на активное растворение титана. Естественно, одновременно может происходить параллельное растворение по реакциям (2.1) — (2.5), доля которых в общем балансе должна возрастать в разбавленных растворах. [c.28]