Реакция при ламинарном потоке

Рис. 1Х.22. Отношение степени полноты реакции в ламинарном потоке к стенени полноты реакции в режиме идеального вытеснения для необратимой реакции первого II второго порядка.

По сравнению с полным вытеснением ламинарный поток приводит к снижению выхода реакции приблизительно на 8%. [c.331]

При недостаточной турбулентности потока в реакторах вытеснения возникает разница во времени пребывания реакционной смеси по поперечному сечению аппарата. При ламинарном потоке профиль скоростей по сечению реактора является параболическим с максимумом скорости в вершине параболы, превышающей вдвое среднюю скорость скорость постепенно уменьшается по направлению к стенке, у которой она равна нулю. Несмотря на то что среднее время пребывания смеси в аппарате при параболическом профиле скоростей такое же, как и при равномерном профиле" , степени превращения в обоих случаях неодинаковы. Более продолжительное время пребывания некоторых молекул в реакторе не всегда компенсируется менее продолжительным временем пребывания других молекул. Кроме того, положение усложняется наличием диффузии. Вследствие более длительного времени пребывания у стенок образовавшиеся там продукты реакции обладают сравнительно высокой концентрацией и диффундируют к центру реактора, в то время как исходные веш,ества [c.150]

Рис. У-З. Реакция при. ламинарном потоке в цилиндрической трубе (Со и и —на входе в

Неравномерное протекание реакции вследствие влияния распределения скоростей в поперечном сечении потока может вызывать нежелательные эффекты. При полимеризации вязких смесей в ламинарном потоке будет наблюдаться более неравномерное распределение полимеров по молекулярной массе, чем в реакторах с хорошим перемешиванием. Это будет отражаться на некоторых физических свойствах продуктов, например изменяется интервал температур размягчения. В случае протекания побочных или последовательных реакций деполимеризации неточность определения времени реакции может вызывать такие серьезные трудности, что окажется необходимым перейти от реакторов выт не-ния к какой-нибудь конструкции реакторов с мешалками. [c.152]

В системе без иеремешивания элементы объема не взаимодействуют при поступлении в реактор они сохраняют свои индивидуальные свойства и при выходе из него. Это возможно, например, в реакторах с ламинарным потоком, если молекулярной диффузией между различными струями потока можно пренебречь. Слабое перемешивание потока между входом и выходом также увеличивает растянутость времени пребывания. В таких системах часть вещества находится в мертвых зонах, за счет которых общий реакционный объем увеличивается, но основной поток почти не затрагивает их. В этих зонах реакция почти полностью завершена и скорость превращения очень мала. [c.92]

В случае очень быстрых реакций, когда определяющим этапом процесса является перенос массы в ламинарном потоке газа, для получения приближенного значения <5 реактор необходимо разделить на множество секций, в пределах которых можно было бы считать ТУ д постоянной величиной (средней от значений, соответствующих входу и выходу из секции). [c.149]

Гл. XI дополнена новым параграфом ( 3), в котором рассматривается процесс полимеризации с размыканием цикла. Существенно переработана гл. X, в которой рассматривается кинетика реаКцИЙ в открытых системах. Уточнено определение понятия открытая система . Указано отличие открытых систем от реакций, протекающих в условиях ламинарного потока. Введены понятия ложный старт и перелет на кинетических кривых накопления веществ в открытых системах. Рассмотрена зависимость скорости процесса от скорости подачи реагентов в систему. [c.6]

Кинетические закономерности, полученные для систем такого рода, применимы также при рассмотрении реакций, протекающих в ламинарном потоке. Обычно в этом случае струя газа или жидкости проходит через реакционный сосуд, в котором создаются условия, необходимые для протекания химической реакции (повышенная температура, присутствие необходимого катализатора, освещение и т. д., в зависимости от природы осуществляемой реакции). [c.377]

Подобные системы в дальнейшем будут называться открытыми системами , так как в отличие от реакций в ламинарном потоке, любой данный элемент объема реагирующей смеси является открытым для вновь поступающих веществ и продуктов реакции, т. е. для него характерно изменение состава реагирующей смеси не только за счет химической реакции, но и за счет дополнительного введения исходных веществ и продуктов реакции из соседних объемов. [c.378]

С некоторой степенью точности замкнутой системой можно считать каждый элемент объема в ламинарном потоке. Если струя газа или жидкости проходит через реакционный сосуд, в котором созданы условия, необходимые для протекания химической реакции (например, достаточно высокая температура нлн присутствие необходимого катализатора), то при отсутствии конвекции и достаточно малой скорости диффузии вещества в направлении потока каждый объем реакционной смеси можно рассматривать как независимый от остальных, т. е. как перемещающуюся в пространстве замкнутую систему. Такой способ проведения химических реакций широко используется в научно-исследовательской работе и в промышленности. Соответствующие реакторы получили название реакторов идеального вытеснения. [c.34]

Основными характеристиками пламени являются его температура и состав. Чаще всего применяют горючие смеси, предварительно смешанные с окислителем, например кислородом воздуха, горящие в ламинарном режиме. В этом случае фронт пламени поддерживается над срезом горелки быстрым потоком газа. Фронт пламени — это зона, в которой бурно протекают химические реакции. Ламинарное пламя имеет сложную структуру и состоит из нескольких зон. Во внутренней зоне происходят первичные реакции сгорания горючей смеси с образованием различных радикалов (молекул), например С , Сз, ОН, СН и др. Верхняя часть этой зоны имеет вид ярко светящегося конуса. В реагирующих газах нет термодинамического равновесия. Аналитическое значение имеет внешний конус пламени, где происходят реакции полного сгорания образующихся во внутреннем конусе радикалов в кислороде воздуха, диффундирующего из окружающей атмосферы. Этот конус слабо окрашен и практически не имеет собственного фона в видимой области спектра. [c.11]

Очень часто гетерогенные реакции совершаются в потоке, т. е. жидкие или газовые реагенты омывают твердую поверхность. В этом случае скорость химической реакции зависит от скорости потока и его характера (ламинарный или турбулентный поток). Ламинарный поток — поток параллельных струй. Он не исключает диффузионных процессов, так как при этом на твердой стенке остается неподвижным слой жидкости большей или меньшей толщины. Турбулентный поток образует завихрения на стенке, и процесс диффузии заменяется вихревым переносом, значительно ускоряя процесс химического взаимодействия (коррозия трубопроводов, разгар сопл двигателей и т.д.). Кроме того, на ход реакции влияет угол направления потока с поверхностью, так как в зависимости от этого угла разрушаются защитные слои, если они возникают на поверхности. Таким образом, скорости химических реакций сильно зависят от внешних условий (размешивание). [c.131]

Очень часто гетерогенные реакции совершаются в потоке, т. е. жидкие или газовые реагенты омывают твердую поверхность. В этом случае скорость химической реакции зависит от скорости потока и его характера (ламинарный поток или турбулентный). [c.135]

Ламинарный поток — поток параллельных струй. Он не исключает диффузионных процессов, так как при этом на твердой стенке остается неподвижным слой жидкости большей или меньшей толщины. Турбулентный поток образует завихрения на стенке и процесс диффузии заменяется вихревым переносом, значительно ускоряя процесс химического взаимодействия (коррозия трубопроводов, разгар сопл двигателей и т. д.). Кроме того, на ход реакции влияет угол направления потока с поверхностью, так как в зависимости от этого угла разрушаются защитные слои, если они возникают на поверхности. Таким образом, скорости химических реакций сильно зависят от внешних условий (размешивание). [c.136]

Точное решение этих уравнений возможно для стационарных условий в неподвижной среде или ламинарном потоке при постоянном коэффициенте диффузии и линейном характере зависимости от концентрации вещества, т. е. для реакций нулевого и первого порядков. Кроме того, для решения уравнения (I. 17) требуется знание распределения скорости потока в пограничном слое. Последнее условие выполнить особенно трудно, поэтому найти решение уравнений диффузионной кинетики удается только для некоторых простых случаев [7]. [c.19]

В режиме мелкомасштабной турбулентности, но-видимому, могут быть использованы представления, приводящие к соотношению (5.2), если только молекулярные коэффициенты переноса и скорости реакций для ламинарного потока заменить коэффициентами переноса и скоростями реакций в турбулентном потоке. В обозначениях настоящей главы уравнение (5.2) примет вид [c.240]

Идеальное вытеснение наблюдается тогда, когда исходная смесь не перемешивается с продуктами реакции, а проходит ламинарным потоком по всей длине или высоте аппарата. В таких реакторах происходит плавное изменение концентраций в направлении потока реагентов, тогда как в реакционном объеме полного смешения нет градиента концентраций. В промышленных проточных реакторах степень перемешивания всегда меньше, чем в аппаратах полного смешения, и больше, чем в аппаратах идеального вытеснения. В некоторых типах реакторов режим перемешивания близок к одному из предельных случаев. [c.37]

Рассмотрим, какие физикохимические процессы будут протекать в таком стабилизированном плоском фронте пламепи в ламинарном потоке в трубке постоянного сечения (рис. У-7). По трубке движется газовоздушная смесь со скоростью ТУд, начальной температурой Гц и концентрацией горючего газа С д. В результате приближения смеси к зоне реакции, ограниченной плоскостями 1—1 п II—II, она будет нагреваться в основном за счет теплопроводности. Отметим сечение —О, правее которого будет происходить заметное повышение температуры холодной смеси. Таким образом, между сечениями О—О и I—/ образуется зона подогрева смеси, имеющая глубину (т. е. размер по направлению движения) бп- Здесь уже начинается ускорение реакции, вначале очень медленное. [c.137]

Из полученно формулы видно, что тепловое напряжение топочного объема прп кинетическом сжигании газа в ламинарном потоке возрастает с увеличением теплоты сгорания газа и нормальной скорости распространения пламени и уменьшается с повышением диаметра струи, ее скорости, коэффициента избытка воздуха и продолжительности реакции. [c.153]

Таким образом, в случае коагуляции в турбулентном потоке частота коагуляции соответствует реакции второго порядка и пропорциональна af, как и в ламинарном потоке. [c.220]

Адиабатические процессы происходят без отвода (или подвода) теплоты из слоя катализатора при ламинарном потоке газа, текущего по принципу идеального вытеснения. В результате температура по высоте слоя изменяется по уравнению адиабаты пропорционально тепловому эффекту реакции концентрации основного исходного реагента в газовой смеси и степени его превращения х. Уравнение адиабаты в зависимости от известных параметров процесса и задачи расчета выражается различно [9, 19, 35]. [c.45]

Главная особенность ПИА, отличающая его от других методов анализа в потоке, состоит в том, что в ПИА существенна дисперсия образца в ламинарном потоке носителя (реагента) и детектирование аналитического сигнала производителя в термодинамически неравновесных условиях, когда ни физические процессы, ни химические реакции не зав )шены. [c.413]

Рассмотрим форму и особенности широко распространенных диффузионных пламен. Диффузионные пламена наблюдаются при горении неперемешанных газов, а также при горении металлов, жидких и твердых органических и элементорганических соединений в окружающей окислительной среде. На основе представлений об определяющей роли диффузии при горении в ряде работ [2—6] проведен теоретический анализ характеристик диффузионного пламени. Бурке и Шуман в 1928 г. рассмотрели горение параллельных ламинарных потоков горючего и окислителя, движущихся с одинаковыми скоростями, и получили уравнение, описывающее форму и размеры пламени. Полученные в предположении бесконечно большой скорости реакции зависимости, определяющие форму и размеры пламени, оказались в удовлетворительном соответствии с опытом. Расчеты основывались на рассмотрении взаимной диффузии горючего газа и кислорода. Случай, рассмотренный Бурке и Шуманом, является частным, однако результаты расчетов имеют общее значение и могут быть применены, например, к диффузионным пламенам жидкостей [2]. [c.11]

Строгое аналитическое решение может быть получено общими методами для процессов в неподвижной среде или ламинарном потоке и проще всего для линейных задач с линейными граничными условиями, т. е. реакций первого порядка. Для турбулентного потока используются приближенные методы теории турбулентности. Рассмотрению этих вопросов для движущихся сред посвящены обширная монография Левича [1] и глава V настоящей книги. Реакцию первого порядка на стенках замкнутого сосуда наиболее строго рассмотрел Семенов [31]. Из нелинейных задач (реакция второго порядка) можно отметить серию работ Уайза и сотр. [2], экспериментально и теоретически исследовавших диф- [c.51]

Другими словами, члены, не зависящие от переменной в уравнениях (14) и (15), соответствуют решениям для теплообмена ламинарного потока над изотермической пластинкой при отсутствии в нем химической реакции (см., например, [5]), Этим подтверждается также предположение о том, что решения для температуры и концентрации можно выразить в виде рядов. [c.139]

Основные методы исследования таких реакций описаны в [227]. Наибольший интерес представляет метод раздельного ка-лори метрирования [226], который в настоящее время значительно усовершенствован и применяется для случая ламинарного потока газов (критерий Рейнольдса не превышает 100). Этим методом были вычислены доли гомогенной и гетерогенной стадий в поверхностно-объемном процессе окисления различных веществ 1[228]. [c.107]

К рассматриваемой группе принципиальных вопросов, возникающих при исследованиях кинетики различных реакций, относится выбор размера зерен катализатора. В зависимости от геометрических размеров и формы последнего изменяются условия диффузии реагентов в толщу контакта и наряду с этим гидравлический режим основного потока вследствие изменения гидравлического диаметра каналов насадки. При работе с пористыми катализаторами в кинетической области реагирующая смесь, проникающая внутрь пор, имеет довольно близкий состав во всех порах одного зерна. Перенос реагирующих веществ в омывающем катализатор ламинарном потоке происходит за счет диффузии, а при турбулентном — преимущественно благодаря конвекционному перемещиванию и лишь в тонкой пленке, непосредственно у поверхности гранул, — диффузией. Перенос внутри пор отдельных зерен во всех случаях происходит только за счет диффузии. [c.138]

Некоторое представление о влиянии указанных факторов можно получить из анализа реакции первого порядка без учета диффузии в радиальном и ссевом направлЕниях. Закон распределения скоростей для ламинарного потока выражается уравнением Пуагейля [c.151]

Необратимая реакция первого порядка протекает в длинном цилиндрическом реакторе. Объем, температура и вязкость не изменяются. В частном случае для модели идеального вытеснения степень превращения равна 86,5%. Какова будет степень превр1ащ Н11я при ламинарном потоке (диффузией можно пренебречь) [c.79]

В реакторе с потоком вязкой жидкости режим пдеального вытеснения возможен при эффективном радиальном массопереносе. Это наблюдается, например, при ламинарном потоке через изогнутые трубы (см. стр. 109). Ховарка и Кендолл Ь2 показали, что за счет установки перегородок внутри трубчатого реактора удается увеличить конверсию при протекании реакций второго порядка в ламинарном потоке. При химическом превращении высоковяаких материалов вязкость потока зависит от степени превращения. Вследствие того, что в таких системах вязкость около стенок трубы очень высока, большая часть загрузки проходит через центральную часть трубы, и может возникнуть значительная поперечная циркуляция. [c.102]

В реакторах, работающих в отсутствие вакуума, целесообразно поддержание ламинарных потоков реагентов со скоростью примерно 40 см/с [7-11]. С дальнейшим увеличением скорости в отложении ПУ с изотропной структурой образуются пузыри. При пониженных скоростях газовых потоков и соответственно малых числах Рейнольдса создается недопустимо большой градиент скорости течения газа. В результате у поверхности отложения скорость газового потока близка к нулю и преплочтитель-ными становятся гетерогенные реакции на поверхности. В этих условиях образуется анизотропный ПУ. С увеличением скорости газового потока скорость отложения вначале увеличивается и далее остается без изменений. [c.426]

Здесь мы в большей степени касаемся применения фотохимии в промышленном синтезе. Очевидно, что фотохимический процесс должен превосходить по выходу или чистоте продукта обычные методы производства, чтобы конкурировать с ними. Особенно подходящими кандидатами для промышленного применения являются цепные реакции (часто с радикальными переносчиками цепи) с фотохимической начальной стадией. Мы уже рассматривали такое их использование в связи с фотополимеризацией (разд. 8.8.2). Заметим, что фотохимическая реакция может быть экономически оправданной даже в том случае, когда ее квантовый выход низок, если выход химического продукта выше, чем у обычных процессов. В производстве веществ тонкой химической технологии расходы на свет составлявот незначительную часть общей стоимости продукта высокого качества. Более того, вследствие относительно малых количеств используемого материала серийный процесс часто может представлять увеличенную копию лабораторного метода. При использовании фотохимии в широкомасштабном валовом химическом производстве возникают несколько большие трудности, так как плата за энергию может теперь составлять существенную часть стоимости конечного продукта. В широкомасштабном производстве часто применяются реакторы непрерывного действия, ставящие перед фотохимией проблемы, связанные с их конструкцией. В частности, необходимо использовать прозрачные реакторы или прозрачные кожухи ламп, стенки которых часто загрязняются образующимися смолообразными (и светопоглощающими) побочными продуктами. Размер реактора также может серьезно ограничиваться поглощением света реагентами. Этим недостаткам фотохимического синтеза должна быть противопоставлена более высокая селективность получения продуктов и лучший контроль за их образованием. Процесс производства отличается меньшими тепловыми нагрузками, поскольку реагенты не нужно нагревать, а затем охлаждать. Выли разработаны и технологии преодоления проблем, связанных с фотохимическими реакторами. Они включают освещение поверхности падающих тонких слоев реагентов использование ламинарных потоков несмешивающихся жидкостей, причем ближайшей к стенке реактора должна быть жидкость, поглощающая свет применение пузырьков газа, вызывающих турбулентность, для улучшения обмена реагента. И на- [c.283]

Создавая для каждого процесса свой реактор, мы будем задавать в реакторе необходимые гидродинамические и тепловые условия, а что касается механизма и кинетики самой химической реакции, то они не зависят от масштаба и конструкции аппарата. Несомненно, эта задача очень сложная, и мы ее сразу не решим, Однако крайне необходимо работать именно в этом направлении, В решении этой проблемы большая роль может принадлежать теории рециркуляции, ибо она л ожет регулировать направление реакции, создавать условия, при которых тепловыделение реакции и теплосъем с поверхности будут способствовать максимальному приближению к оптимальномутемпературному профилю, изменять гидродинамический режим в нужном направлении, обеспечивая тем самым условия для масштабного перехода. Например, в реакторах гомогенных процессов трудно моделируемый гидродинамический ламинарный поток можно превратить за счет рециркуляции в легко масштабно переносимый турбулентный режим. При такой постановке вопроса одновременно решаются две ак- [c.16]

Рассмотрим диффузию к частице в ламинарном потоке вязкой неслшмаемой жидкости. Пусть на поверхности частицы протекает химическая реакция с конечной скоростью С), где функция определяется механизмом реакции. Например, для реакции порядка х [c.172]

Супоницкий А. М. О расчете скорости переноса вещества в ламинарном потоке жидкости при гетерогенных химических реакциях со смешанной кинетикой.— ПМТФ, 1960, Л 2 2, с. 74—77. [c.331]

При расчете реактора выбрали реактор идеального вытеснения, который характеризуется тем, что реагенты последовательно слой за слоем , без перемешивания, ламинарным потоком проходят весь реакционный путь, определяемый, как правило, длиной аппарата. По длине изотермического реактора монотонно уменьшаются концентрация реагентов и скорость реакции, гак как исходные реагенты расходуются, а выход продукта увеличивается. На уменьшение концентрации исходных веществ в реакционном пространстве на производительности реактора в аппарате идеального вытеснения влияет степень превращения, возрастающая по логарифмическому эакону.Та <нм образом, стремление к достижению степени превращения, близкой к равновесной, приводит к существенному уменьшению производительности аппарата. [c.31]

Растворы носителя и реагента по узким пластиковым трубкам непрерывно подаются с помощью насоса. Периодически в ламинарный поток носителя вводятся строго воспроизводимые микрообъемы анализируемой пробы. После ввода каждая микропроба, образующая сегмент в потоке носителя, двигается по направлению к непрерывно работающему детектору. При движении анализируемого раствора, заключенного в виде жидкой зоны (сегмента) в потоке носителя образец частично разбавляется носителем, в потоке создается градиент концентрации образца. В некоторый моменг поток носителя сливается с потоком раствора реагента, смешивается с ним в реакционной спирали, при этом компоненты пробы вступают в химическую реакцию. Объединенный поток проходит через ячейку детектора, непрерывно регистрирующего аналитический сигнал (рис. 16.4). Восходящий участок пика является экспоненциальным. [c.412]

Основное ограничение рассмотренного варианта ПИА, когда микрообъемы пробы вводятся в ламинарный поток носителя и реагента, называемого нормальным ПИА связано с тем, что химические реакции и физические процессы должны протекать достаточно быстро. Дпя устранения этого предложено использовать такие модификации ПИА, как методы остановленного потока и замкнутой спирали . Эти методы позволяют увеличить время пребывания пробы в проточной системе. При методе остановленного потока , выбирая определенные момент и интервал остановки потока, можно задавать определенную скорость и время 1фотекания химической реакции в течение этой остановки. Обычно поток останавливают, когда зона образца или ее часть находятся в смесительной спирали или реакторе, или в проточной ячейке детектора. В последнем случае детектор регистрирует приращение сигнала во времени, что позволяет не только повысить степень протекания реакции, но и оценить ее [c.415]

Предельный случай идеального смешения совнадает с приближением гомогенной реакционной зоны, с которым мы уже имели дело в теории горения. Этот случай осуществляется для гомогенных реакций в турбулентном реакторе, а для контактных про- цессов (гетерогенный катализ) — в псевдоожиженном (кипящем) слое. В предельном случав идеального вытеснения исходная смесь не перемешивается с продуктами реакции и состав ее меняется только по мере протекания реакции. Такой режим мог бы осуществляться в ламинарном потоке, который в технических приложениях, как правило, не используется. В обоих указанных приближениях не учитывается неравномерность концентраций и тем-пертур в поперечном направлении, т. е. используются средние значения этих величин по сечению. [c.450]

Для газов Pr i 1. В этом случае условия (V, П) и (V, 13) несовместимы, так как диаметр реактора должен одновременно вычисляться из двух противоречивых условий. Поскольку условие (V, 13) является условием ламинарности потока, то при реакциях в газовой фазе поток турбулизуется раньше, чем будет достигнут минимальный размер реактора, позволяющий пренебрегать эффектом радиальной диффузии. Для реакций в жидкой фазе значения критерия Рг= 10 —103, и условия (V, И) и (V, 13) совместимы. [c.90]

Как указывалось выше, в данной статье будут сформулированы отдельно энергетический и хииико-кинетический аспекты задачи, но с учетом взаимосвязи между ними. Иначе говоря, в первом приближении можно считать, что, хотя выделение тепла за счет химической реакции является основным феноменологическим фактором, оно в незначительной степени влияет на функциональную зависимость суммарного энергетического баланса. Это совершенно аналогично роли вязкости в отделении потока, когда при отсутствии трения свободного ламинарного потока этот поток отделяется от поверхности. Выделение тепла при реакции (аналогично роли вязкости при отделении потока) полностью определяется распределением температур и скоростей в следе тела плохообтекаемой формы. Наоборот, распределение температур и скоростей полностью определяет распределение тепла, выделяющегося при химической реакции. [c.174]

Из формулы (1. 46) видно, что в этом случае, т. е. без учета нро-дольной диффузии в канале, суммарная скорость реакции остается практически постоянной, поскольку /с = onst нри данной температуре стенок канала не зависит от скоростп v в ламинарном потоке. Но при малых скоростях течения нельзя пренебречь продольной диффузией. В этом случае следует применить дифференциальное уравнение (8.17) гл. VI [126] [c.291]

Существенное влияние на скорость горения углерода оказывает реакция догорания первичной окиси углерода, что было обнаружено в опытах Цухаповой и Колодкиной. Ими было установлено, что углеродный шарик в ламинарном потоке обгорает по всей поверхности довольно равномерно и окутап тонкой светящейся пленкой пламени окиси углерода. При скоростях омывания шарика более 2 м сек выгорание становилось несимметричным. Шарик в основном выгорал только с лобовой части. За кормовой частью шарика вдоль по потоку тянулся голубоватый хвостообразный след газового пламепи (рис. 79). [c.162]

Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов Издание 2 (1967) -- [ c.146 ]

Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов Издание 2 (1967) -- [ c.146 ]

Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов (1964) -- [ c.150 ]

Химическая кинетика м расчеты промышленных реакторов Издание 2 (1967) -- [ c.146 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология