Диффузионная область протекания химического процесса

Принято различать кинетически и диффузионно контролируемые (или просто кинетические и диффузионные) области протекания гетерогенно-каталитических процессов. В первых из них общую скорость процесса определяет собственно химическая реакция на поверхности, во вторых — диффузия реагентов. Кроме того, существуют области, контролируемые сорбцией реагентов или десорбцией продуктов. Более детально различают следующие пять основных областей. [c.288]

Область протекания гетерогенного химического процесса можно определить и проще для этого проводят его при двух различных температурах, отличающихся на несколько градусов. Если при этом скорость не изменяется или изменяется незначительно, то это признак протекания процесса в диффузионной области если же изменение температуры сопровождается значительным изме- [c.167]

Во многих промышленных процессах очистки газовых потоков абсорбционным методом поглощение целевого компонента жидким поглотителем сопровождается химическим взаимодействием молекул абсорбтива с молекулами активного компонента абсорбента и переходом его в связанное состояние. При этом концентрация компонента в жидкости уменьшается, что приводит к увеличению градиента концентраций и ускорению поглощения абсорбтива в жидкой фазе по сравнению с физической абсорбцией. Таким образом, в этом случае кинетика абсорбции определяется не только скоростью массообмена, но и кинетическими закономерностями реакции. В зависимости от того, какая скорость определяет общую скорость переноса массы целевого компонента, различают кинетическую и диффузионную области протекания хемосорбции. В кинетической области лимитирующей является скорость химического взаимодействия, в диффузионной области — скорость диффузии целевого компонента в зоне реакции Если скорости реакции и массопередачи соизмеримы по величине, то процесс протекает в смешанной, диффузионно-кинетической области. [c.244]

Принято различать кинетически и диффузионно контролируемые (или просто кинетические и диффузионные) области протекания гетерогеннокаталитических процессов. В первых из них общую скорость процесса определяет собственно химическая реакция (или хемосорбция реагентов), во вторых — диффузия реагентов. Более детально различаются четыре основные области [c.172]

При расчете геометрических параметров реактора на промышленную производительность чаще мы имеем информацию о лабораторных работах, позволяющих подобрать наиболее оптимальные параметры протекания реакции температуру, давление, катализатор, соотношение концентраций при определенной степени преврашения и времени протекания процесса. Лабораторные опыты в основном ведутся в периодическом режиме. Результатом этих работ является также и экспериментальная кривая распределения продуктов реакции в зависимости от времени, позволяющая сделать некоторые выводы об области, где протекает рассматриваемый процесс. Лишь после того, как будет выбрано уравнение скорости реакции, проинтегрировано и это уравнение будет хорошо аппроксимировать кривые распределения продуктов реакции, мы можем окончательно определить область протекания данной реакции. Выбранное уравнение скорости реакции и полученная на базе его интегрирования кривая распределения продуктов реакции используются затем при расчете реактора. Почти всегда область протекания реакции для рассматриваемого типа реакций не меняется при масштабном переходе. Влияние диффузионных процессов может стать более значительным при изменении гидродинамической обстановки с изменением масштабов аппарата. Но определяющей, как и прежде, остается сама химическая реакция, которая протекает медленнее диффузионных процессов. Таким образом,после того как мы определили область протекания химической реакции, рассчитали характеристический размер аппарата, его реакционный объем или длину в зависимости от гидродинамического режима, который необходимо создать в реакторе, можно перейти к составлению материального и теплового баланса. Поскольку процесс протекает в установившемся изотермическом режиме, уравнения материального и теплового баланса рассчитываются для аппаратов, для которых известны входные и выходные параметры и количество тепла, выделяющееся в нем- в единицу времени. Таким образом, имеющаяся информация для статических условий протекания процесса достаточна для того, чтобы с помощью физического метода моделирования на базе теории подобия рассчи- [c.89]

Выше уже говорилось о так называемых кинетической и диффузионной областях протекания процесса. Когда-то использование кинетического приближения было обусловлено отсутствием других возможностей расчета слог-кных химических реакторов. И сегодня в тех случаях, когда мы не имеем возможности разобраться в сложных физических процессах, вполне закономерно в качестве нулевого приближения использовать представление о кинетической области протекания процесса. Однако широкое использование кинетического приближения в настоящее время уже ничем не оправдано. [c.21]

Спецификой гетерогенных систем является то, что кинетическое уравнение, описывающее результирующую (суммарную) скорость процесса, включает скорости химического превращения и диффузии. В зависимости от соотношения между скоростями химического и диффузионных превращений протекание процесса возможно либо в кинетической, либо в диффузионной, либо в смешанной (диффузионно-кинетической) областях. Область протекания химического процесса определяется, как известно, скоростью наиболее медленной (лимитирующей) стадии. [c.151]

Таким образом, с помощью формулы (6.51) и значений Фо , определяемых зависимостью (6.60), процесс хемосорбции может быть рассчитан как в смешанной, так и в диффузионной областях протекания химической реакции. [c.271]

В общем случае скорость хемосорбции зависит как от скорости химической реакции, так и от скорости массопередачи между фазами. В зависимости от того, какая скорость определяет общую интенсивность процесса переноса вещества, различают кинетическую и диффузионную области протекания процессов хемосорбции. [c.946]

Указанные задачи создают определенные трудности. Если учесть также, что диффузионно-химические процессы являются многопараметрическими и охватывают различные области протекания химической реакции с изменением соотношения концентраций реагентов по высоте аппарата на 5—6 порядков (рис. 6.1), то становится понятной сложность их моделирования. По-видимому, по этой причине в специальных монографиях и обзорах, например в [1, 5, 6, 36, 54, 201, 202], отсутствуют достаточно надежные рекомендации по методам инженерного расчета и моделирования современных промышленных аппаратов с химической реакцией. Имеющиеся в литературе математические описания не получили развития и не нашли практического применения в проектных расчетах и при анализе работы промышленных хемосорбционных установок. Примеры, приводимые, например, в работах [1, 6, 36, 54], в значительной степени оторваны от условий работы промышленных аппаратов и в лучшем случае иллюстрируют схему расчета на одном из уровней моделирования. Незавершенность решения проблемы, связанная с недостаточно глубокой проработкой физико-химических и гидродинамических закономерностей и с отсутствием связи между различными уровнями моделирования, очевидна. [c.163]

Для хемосорбционных процессов влияние структуры потоков на эффективность массообмена зависит от области протекания химической реакции. Поэтому метод аддитивности диффузионных и гидродинамических ВЕП нельзя признать в этом случае достаточно перспективным. По существу требуется найти поправочные коэффициенты, отражающие индивидуальность конкретного диффузионно-химического процесса. Использование для этого решения уравнения материального баланса с учетом протекания химической реакции и продольного перемешивания фаз уже само по себе явилось бы ответом на вопрос о влиянии структуры потоков на эффективность хемосорбционного процесса и не требовало бы привлечения принципа аддитивности. Такая задача рассмотрена в гл. 5. [c.170]

Кинетика обесцвечивания воды озоном удовлетворительно описывается уравнениями реакций второго порядка. При температуре до 15°С реакция протекает в области, близкой к кинетической, и определяется скоростью химического процесса, а при более высокой температуре — в диффузионной области. Протекание процесса при этом зависит от поступления реагирующих веществ. В условиях водоподготовки для полноты протекания-процесса наряду с развитием фазовой поверхности существенным фактором является обеспечение необходимого времени контакта. [c.305]

Если время смесеобразования несоизмеримо больше времени, необходимого для прогрева и протекания химической реакции, т. е. Тф > тх и Тф > хв, то практически тс тф. Это означает, ЧТО процесс протекает в диффузионной области. Примером такого процесса является горение газообразного топлива, вводимого в топку не перемешанным с газообразным окислителем. Обычно при смесях с большим удельным тепловыделением (к которым вполне можно отнести природные газы) в топочной камере удается поддерживать достаточно высокую температуру процесса и химическая реакция протекает практически мгновенно. [c.9]

Сложнее зависимость изотермической перегонки от температуры, которая влияет и на растворимость, и на скорость процессов первой и третьей стадии. Чем меньше растворимость, тем больше роль этих стадий в кинетике всего процесса. Растворимость может увеличиваться, а может и уменьшаться с повышением температуры. В то же время повышение температуры всегда приводит к ускорению стадий растворения и роста частиц. Может случиться так, что при одной температуре лимитирующей является первая стадия, а при другой — вторая стадия. Обычно константы скорости химических реакций, к которым можно отнести стадии растворения и роста частиц, увеличиваются с повышением температуры быстрее, чем константа скорости диффузии. Например, при повышении температуры на 10°С коэффициент диффузии в растворах увеличивается на 30—40%, а константа химической реакции возрастает в 2—4 раза. Это обусловлено тем, что энергии активации процесса в диффузионной области находятся в пределах 5— 20 кДж/моль, а в кинетической области 50—200 кДж/моль. Таким образом, с понижением температуры скорости первой и третьей стадии изотермической перегонки резко уменьшаются по сравнению со скоростью диффузионной стадии и могут стать лимитирующими скорость протекания всего процесса перегонки. [c.278]

При газообразном состоянии обоих реагентов Тф есть время смесеобразования. Если время смесеобразования несоизмеримо больше времени, необходимого для прогрева и протекания химической реакции, то практически скорость сгорания равна скорости смесеобразования, т. е. Тс Тф. Это означает, что процесс протекает в диффузионной области. Примером такого процесса может служить горение газообразного топлива, вводимого в топку не перемешанным с окислителем. Если время смесеобразования и время на прогрев смеси оказывается несоизмеримо меньшими времени, необходимого для протекания химической реакции, то время сгорания практически равно времени протекания химической реакции. Это означает, что процесс протекает в кинетической области. Примером такого процесса является введение в топку заранее приготовленной гомогенной горючей смеси при температуре, близкой к температуре воспламенения. [c.205]

Реакция Аж-f-Yr- -Продукты протекает в жидкой фазе в избытке реагента А. Коэффициент массопередачи Ру, f = 3,0 exp (—400/RT) с" , константа скорости химической реакции к — 5,0-10 ехр (—20 000/ЙГ) Найдите примерные температурные границы кинетической и диффузионной области протекания процесса. [c.210]

В предыдущем разделе была рассмотрена переходная область протекания гетерофазных процессов без учета химической реакции в пограничной пленке, что является лишь некоторым при- ближением к реальным процессам, не оправдывающимся при сравнительно быстрых реакциях. Из-за химической реакции в пограничной пленке фазы 1 и при условии, что диффузионное сопротивление сосредоточено также в этой пленке, изменение концентрации вещества на ней будет описываться уже не прямой, а некоторой кривой (рис. 58). [c.256]

Как видно из табл. 2, наилучшее приближение получено по уравнению (4), отражающему механизм процесса как химическую реакцию второго порядка. Уравнение Б. В. Ерофеева (1) дает худшие результаты, причем оказалось, что п<1. Такое значение параметра характерно для диффузионной области протекания процесса. В то же время наблюдается значительное изменение 224 [c.224]

Выражение (1.33) представляет собой формулу аддитивности диффузионных и химических торможений процесса. Очевидно, что она корректна при условии квазистационарности процесса и при выполнении условий (1.27), т. е. прп наличии равновесия на границах раздела фаз. К сожалению, возмон ность использования формулы (1.33) ограничивается лишь тем простейшим частным случаем, для которого эта формула была получена, так как если порядок реакции по переходящему компоненту отличается от 1 или если процесс существенно нестационарен, уже не удается провести разделение переменных величин и выразить общее сопротивление процессу в виде суммы отдельных сопротивлений. Поэтому, сравнивая константы скоростей отдельных стадий процесса, можно выделить из них лимитирующую и дать четкое определение области протекания только при указанных ограничениях. [c.20]

Как мы уже знаем, гомогенные процессы характеризуются взаимодействием веществ в одной фазе. В гетерогенных реакциях, наряду с химическими превращениями, имеются стадии переноса веществ. Их влияние на процесс в целом зависит от условий его протекания. Если наиболее медленной стадией является химическая реакция, то говорят, что процесс протекает в кинетической области, если же, наоборот, звеном, тормозящим процесс в целом, служит перенос веществ, то говорят о диффузионной области. Что является лимитирующей стадией — взаимодействие или транспорт вещества,— можно установить по температурной зависимости скорости реакции в первом случае она гораздо чувствительнее к температуре, чем во втором. [c.103]

Принято различать кинетическую и диффузионную области протекания гетерогенно-каталитических п юцессов. В кинетической области скорость процесса определяется химической реакцией на поверхности катализатора. В диффузионной области скорость процесса определяется диффузией реагентов (внешнедиффузионная - диффузией реагентов из потока к внешней поверхности зерна катализатора, внутридиффузионная - диффузией реагентов от внешней поверхности зерна катализатора к внутренней его поверхности). [c.673]

При эмульсионной полимеризации процесс может протекать либо в объеме одной фазы (полимер-мономерная частица), либо на границе раздела фаз сплошная фаза—полимер-мономерная частица. Могут возникать и промежуточные случаи, когда зона реакции занимает часть объема реакционной фазы (от узкой пограничной области до всего объема). Область протекания реакции зависит как от адсорбционной способности поверхностного слоя, так и от соотношения величин диффузионных потоков мономера и скорости химической реакции. [c.153]

Протекание той или иной реакции на поверхности катализатора всегда связано с транспортировкой реагирующих веществ и продуктов реакции к участкам внутренней поверхности и от них. Как было указано (см. гл. II), в зависимости от условий процесса, активности, пористой структуры и размеров зерен катализатора процесс могут лимитировать собственно химические превращения (кинетическая область) либо диффузионные торможения (диффузионная область) [1, 2, 99—108]. [c.71]

Как уже говорилось во введении, процесс горения слагается из двух стадий подвода окислителя (и отвода продуктов сгорания) за счет молекулярной или турбулентной диффузии (смешения) и протекания химической реакции. В зависимости от условий либо та, либо другая стадия может стать определяющей, либо влияние диффузионных и кинетических факторов может быть сопоставимым. Если скорость химической реакции гораздо больше скорости диффузии, то определяющей является диффузия, процесс горения протекает в диффузионной области. В противоположном случае процесс определяет кинетика (кинетическая область горения). При сопоставимом влиянии диффузии и кинетики процесс протекает в промежуточной области. [c.63]

Когда к ц соизмеримы друг с другом, наблюдается переходная область. При этом с повышением температуры скорость химической реакции увеличивается и процесс сдвигается в диффузионную область. С другой стороны, увеличение интенсивности перемешивания приводит к увеличению скорости диффузии (вследствие уменьшения б) и сдвигу процесса в кинетическую область. Полезно также иметь в виду, что для газов коэффициент диффузии зависит от давления (обратно пропорционален давлению). Поэтому уменьшение давления увеличивает вероятность протекания реакции в кинетической области. [c.295]

В зависимости от соотношения величин скоростей диффузии и химической реакции различают три области протекания процесса диффузионную, кинетическую и промежуточную. [c.17]

При бесконечно большой скорости удаления продуктов распада скорость осаждения не будет зависеть от давления и будет определяться скоростью мас-сопереноса исходного МОС или скоростью химической реакции распада МОС. Во всех промежуточных случаях скорость осаждения в той или иной мере будет зависеть от давления и возможен плавный переход из кинетической области, где скорость осаждения ограничена скоростью химической реакции, в диффузионную область протекания процесса, где скорость ограничена скоростью диффузии, или массоперепоса МОС и продуктов распада. [c.172]

Процесс горения на твердой поверхности вступает в диффузионную область, если основное торможение скорости его протекания связано с диффузионными факторами, т. е. если скорость доставки рабочего газообразного вещества значительно меньше скорости протекания самой химической реакции, В этом случае р < й, оба пересчетных коэффициента равны [c.75]

Большое влияние ка селективность оказывает температура, что ависит от разной энергии активации тех или иных стадий процес- а (энергия активации обычно более высока для побочных реакций). В результате каждый процесс имеет некоторую оптимальную температуру, определяемую достижением приемлемых скорости окисления и селективности. Повышение температуры может играть еще одну отрицательную роль, состоящую в переводе процесса в диффузионную или близкую к ней области протекания реакции процесс происходит в пограничной пленке, промежуточные продук-гы не успевают продиффупдировать в объем жидкости и переокис-ляются. Поэтому важную роль играет эффективная турбулизация реакционной смеси при барботированни газа-окислителя, способствующая переходу процесса в кинетическую область, развитию поверхности контакта фаз и интенсификации процесса. Следовательно, выбор условий окисления является сложной функцией многих химических и технологических факторов. [c.366]

Наиболее просты закономерности для гомогенных реакций. Однако в промышленности гораздо чаще осуществляют реакции, в кйторых участвуют две фазы или более. К таким реакциям, в частности, относятся реакции в присутствии твердых катализаторов. Для них существенна не только скорость протекания химического превращения, но и скорость переноса реагирующих веществ между фазами. Суммарная скорость обычно определяется одной из этих скоростей. Соответственно говорят о кинетической и диффузионной областях протекания реакций. Промежуточные области имеют место значительно реже. Это обстоятельство надо обязательно учитывать при анализе влияния отдельных факторов на течение процесса и его результаты. [c.70]

Для теоретического определения области протекания процесса необхо-димс оценивать скорости диффузии и химической реакции отдельно, как скорость независимых процессов. Отношение определенных таким образом скоростей указывают область протекания процесса в целом. Так следует поступать потому, что при установившемся течении реакции скорость диффузии становится равной скорости реакции, независимо от режима процесса, т. е. это равенство наблюдается в кинетической, диффузионной и переходной Областях. При стационарном протекании реакции термин диффузионная область вовсе не означает, следовательно, что действительная скорость реакции на реакционной поверхности больше скорости диффузии к этой поверхности. Обе эти скорости равны, но благодаря медленному притоку веществ к поверх 10сти скорость химической реакции на поверхности принудительно становится равной скорости диффузии. Концентрация вещества на поверхности прн этом мала, а градиент концентрации вблизи поверхности оказывается большим. И, наоборот, в кинетической области, где независимо определенная скорость диффузии значительно превышает скорости реакции, равенство скоростей диффузии и реакции наблюдается при мало отличающихся значениях концентраций реагирующих веществ в объеме и на поверхности. [c.313]

На следующем этапе — при лабораторных или микроки-нетических исследованиях — определяются физико-химические характеристики на уровне микрокинетических параметров. На этом этапе решаются следующие задачи 1) стехиометрический анализ реагирующей системы 2) определение области протекания процесса — кинетическая, диффузионная, смешанная 3) по- [c.21]

Вопрос о соотношении скоростей массопередачи и химической реакции обычно рассматривают в связи с существующими представлениями об области протекания процесса. Понятие о кпнетичест ой, диффузионной и переходной областях протекания процесса было введено Франк-Каменецким [30] в 1947 г. В течение последующей четверти века эти представленпя переходили из одной монографии в другую и из одного учебника в другой. При этом в большинстве работ полностью игнорировался тот факт, что Франк-Каменецкий рассматривал конкретный случай реакции первого порядка в гетерогенно-каталитическом реакторе для системы газ — твердое тело [31]. Более того, даже применительно к этому случаю формулировки [c.14]

Изложенные простейшие представления приводят к весьма существенным выводам в отношении закономерностей феноменологической химической кинетики, которая, как указывалось выше, лежит в основе расчета жидкостных реакторов.. Так, если времена взаимодействия молекул реагентов существенно меньше, чем время пребывания их в клетке, то скорость реакции оиределяется либо частотой столкновения, либо временем выхода из клетки. Поскольку оба эти процесса обусловлены диффузией реагентов в растворе, то в таких случаях реакции протекают по диффузиоппо-контролируе-мому механизму. Этот механизм не следует смешивать с протеканием реакций в диффузионных областях, когда скорость химического процесса определяется диффузией реагентов из одной фазы в другую пли к твердой поверхности. [c.33]

При экстраполировании результатов за пределы экспериментально найденных значений необходимо четко представлять себе, что при других значениях переменных соотношение влияния различных тормозящих факторов на протекание процесса может измениться. Например, для частиц, образующих твердую необлетающую корку золы , повышение температуры и в меньшей степени увеличение их размеров приводит к тому, что диффузионное сопротивление становится фактором, лимитирующим скорость процесса, поскольку критическая температура перехода в диффузионную область является функцией размеров частиц, пористости материала и кинетики химической реакции. Для процессов, при которых на поверхности частицы не образуется слой золы , повышение температуры также сопровождается возрастанием относительного влияния сопротивления газовой пленки. [c.346]

В том случае, когда процесс характеризуется примерно со измеримыхми скоростями протекания обеих стадий к), он идет в промежуточной области, в которой отлично от своих крайних значений, а концентрация реагирующего на твердой стенке газообразного вещества меньше концентрации его в объеме н больше нуля Схематически это представлено на фиг. 8-1 — кривыми 2 и -9. На фиг. 8-2 промежуточная область протекания процесса гетерогенного горения ограничена (схематически) сплошной кривой / кинетической области и пунктирной кривой 3, проходящей через точки перехода процесса в чисто диффузионную область. В промежуточной области скорость протекания процесса горения одновременно зависит как от химических (кинетических), так и от физических (диффузионных) факторов. [c.76]