Фронт реакции

Предположим, что реакция, проходящая в жидкой фазе, является мгновенной, т. е. абсорбирующийся компонент и жидкий реагент не могут сосуществовать в одной и той же области жидкой фазы. В этом случае всегда при сФО, 6 = 0 и наоборот. Конечно, предположение, что Ь = Ьд в жидкой фазе в этом случае неправомерно, потому что, по существу, 6 = 0 уже на границе раздела газ — жидкость. Если реакция мгновенна, жидкая фаза может быть представлена состоящей из двух последовательных слоев. В первом слое от границы раздела до фронта реакции (6 = 0 и с = 0) происходит диффузия абсорбированного компонента во втором —от фронта реакции и до бесконечности — [c.29]

Величину Ф , входящую в формулу (6.51), определим, полагая, что пр больших К2 толщина зоны реакции пренебрежимо мала и может быть заменена фронтом. Решение уравнений диффузионного пограничного слоя относительно реагирующих веществ при допущении, что фронт реакции совпадает с гидродинамической линией тока [405], приводит к значению Фо , совпадающему с результатами расчета по формуле (6-60). Для мгновенной химической реакции второго порядка эта формула будет иметь место при любых значениях Ре, поскольку в данном случае роль гидродинамического влияния, как обсуждалось выше, несущественна. [c.275]

Эти уравнения, как известно, получены в предположении постоянства концентраций вдоль гидродинамических линий тока. При условия постоянства концентраций экстрагента и хемосорбента вдоль линий тока выполняются на поверхностях, расположенных сколь угодно близко от фронта реакции. Поэтому можно считать, что фронт реакции также совпадает с линиями тока. Отметим, что в экспериментальном исследовании [406], где при больших значениях Кг проводилось визуальное наблюдение движения фронта реакции, показано, что вид поверхности реакции близок по форме к виду поверхностей тока. [c.278]

Оценим величину константы скорости реакции, при которой можно полагать толщину фронта реакции много меньше радиуса капли. Определим характеристическое время химической реакции как время, в течение которого концентрация экстрагента при тп= уменьшается в е раз Допустим, что в начальный момент времени с, =Сг =Сго по всему объему капли. Тогда Характеристическое время диффузии при наличии циркуляции жидкости в капле определим из решения уравнения Кронига и Бринка. Уменьшению концентрации экстрагента в е раз соответствует значение р< 0,62, которое достигается при т 0,02 (см. приложение 1). Следовательно, 0,02/ /01 и из условия /х < найдем, что > ЮО. [c.278]

На фронте реакции концентрации реагентов равны нулю, а их потоки равны по величине и противоположны по направлению [c.278]

При анализе рассмотренного вьппе процесса массообмена с быстропротекающей химической реакцией важную роль играет параметр (i. Он количественно характеризует роль диффузионного сопротивления каждой из фаз, и в зависимости от его величины можно рассматривать случаи, когда сопротивление переносу сосредоточено как в дисперсной фазе, где протекает реакция, так и в сплошной. На рис. 6.10 - 6.13 приведены примеры расчетов, когда сопротивление переносу сосредоточено в объеме одной из фаз, а также общий случай соизмеримых фазовых сопротивлений. Заметим, что дпя любого (3 рост параметров man способствует повьпиению скорости транспорта хемосорбента к поверхности капли, а рост т, кроме того, приводит к повьпиению химической емкости, что обусловливает возрастание времени Ti, определяющего начальный временной интервал, в котором реакция протекает на поверхности капли. Величина ti существенно зависит от /3. Так, при больших 3, когда сопротивление переносу сосредоточено в сплошной фазе, значение Tj особенно велико.. Это ясно как из зависимости для отношения потоков (см. рис. 6.13), так и из графиков дпя средних концентраций (рис. 6.10), где о движении фронта реакции можно судить по величине i внутри капли. В течение времени т,, когда реакция протекает на поверхности, экстрагент в каплю не поступает и концентрация С, =0. [c.282]

Физический смысл эффекта разогрева заключается в том, что теплота, выделяющаяся при хлорировании, сосредотачивается в узкой зоне между движущимися по слою оксида алюминия фронтами фронтом реакции и фронтом передачи теплоты током газа. Скорость движения теплового фронта зависит от скорости газовой фазы, ее теплоемкости, а также порозности слоя оксида алюминия и теплоемкости реакционной смеси [c.71]

Если фронт реакции находится на расстоянии /=бр от границы раздела фаз, то граничные условия на поверхности фронта реакции можно записать в виде [c.238]

Гипотеза о квазистационарности топохимических реакций предполагает, что скорость установления стационарных концентраций реагентов во всех точках пространства, где происходят диффузия, реакция и т. п., во много раз превышает в 10 раз) скорость движения фронта реакции в этом пространстве. Для рассматриваемой реакции плотность жидкой среды, окружающей гранулы, соизмерима с плотностью набухающей гранулы. Молекулы серной кислоты, диффундирующие в гранулу, громоздки, [c.351]

Во-первых, в начале процесса его скорость лимитируется внешней диффузией и скоростью собственно-химического превращения. Она возрастает по мере зарождения и быстрого роста ядер ионита, но при слиянии образовавшихся ядер и образовании поверхности раздела фаз сополимера и ионита фронт реакции перемещается вглубь гранулы сополимера, что приводит к уменьшению скорости процесса за счет увеличения внутридиффузионного торможения. [c.352]

Вторая группа работ, в которой исследовалось явление распространения реакционной зоны по неподвижному слою катализатора, содержит некоторые качественные результаты анализа систейы дифференциальных уравнений, отражающей нестационарные процессы в неподвижном слое. Однако эти результаты практически исчерпываются определением взаимно однозначного соответствия между максимальной температурой во фронте реакции и скоростью его распространения. Эта связь впервые обнаружена, по-видимому, в работе [1]. Удачную эмпирическую формулу для скорости распространения фронта, полученную в [4, 7], нельзя отнести к области качественного анализа. Кроме того, она не наполнена физическим содержанием и имеет весьма ограниченную область применения. Более полный обзор работ, посвященных явлению распространения фронта реакции по неподвижному слою катализатора, содержится в статье [8]. [c.27]

В предлагаемой работе методами качественного анализа изучается явление распространения фронта экзотермической реакции по неподвижному слою катализатора, определяются оценки основных характеристик фронта реакции максимальной температуры, скорости распространения и ширины зоны химической реакции. [c.27]

Определение понятия фронта реакции и постановка задачи о его существовании. Под фронтом экзотермической реакции понимается ограниченное решение задачи (1)—(6), удовлетворяющее, кроме того, по каждой неизвестной функции уравнению вида [c.30]

Учитывая инвариантность решения относительно сдвига вдоль координаты г, можно считать 01г=о = 0. Смысл необходимого условия и сделанного предположения состоит в том, что формирование и распространение волны со стационарным профилем возможно лишь тогда, когда температура на входе в слой катализатора настолько мала, что скоростью химической реакции при этой температуре можно пренебречь но сравнению со значениями скорости реакции в области наиболее активного превращения вещества. Так же как и в теории горения [91, это означает, что стационарное распространение фронта реакции описывает процесс приближенно, асимптотически. [c.31]

Энергетический баланс установившегося динамического режима распространения фронта реакции (18), представляющий собой взаимно однозначное соответствие между 0 и , характеризует отличие процесса распространения в гетерогенных и гомогенных газовых пли конденсированных средах, в которых o((i)) = 1 (так как 7 = 0) и, значит, Q = T + Qx. В гетерогенных системах это условие выполняется только в случае стоячей волны, когда 0) = 0. Если же ю > О, то 0 > Гвх + Qx, а если и < О, то [c.32]

Замечания, выводы и комментарии к проблеме существования фронта реакции. Условие а + u x(0, х) > О в теореме 1 не является существенным ограничением. Оно всегда выполняется при а> а в реальных задачах обычно принимается а = р. [c.35]

Оценки основных характеристик фронта экзотермической реакции. Предлагаемая процедура определения приближенного значения максимальной температуры во фронте реакции состоит в следующем. Из системы уравнений (22) исключается функция v(u), в результате чего система сводится к одному уравнению относительно х(и), которое интегрируется с учетом условий (23) [c.36]

Таким образом, нри = > максимальная температура во фронте реакции определяется из уравнения К. (т,,) Q/A, т. е. [c.38]

На рис. 1 и 2 приведены соответствующие качественные зависимости, определенные из уравнения (34). В дополнение к ним следует отметить, что максимальная температура и скорость распространения фронта реакции монотонно зависят от параметров а, Q и = Вэ В - Именно, вГ> О, бГ < 0. [c.41]

Оценки максимальной температуры можно использовать для определения существенного и несущественного влияния различных факторов на динамические режимы в адиабатическом слое катализатора, для определения оптимальных размеров зерна катализатора и т. п. Например, из оценки (28), полагая е=0, можно определить относительную разность максимальных температур во фронте реакции при а = < и а < °° [c.42]

В заключение отметим, что полученные оценки основных характеристик фронта экзотермической реакции — это прежде всего приближенные оценки и, как всякие приближенные оценки, не лишены недостатков. Однако они в широкой области реальных значений параметров описывают процесс количественно, а вместе с доказанными теоремами дают ясную качественную картину явления распространения фронта реакции по неподвижному слою катализатора. [c.43]

Оценки основных характеристик фронта экзотермической реакции. Процедура определения приближенного значения максимальной температуры во фронте реакции состоит в использовании метода узких реакционных зон [11], согласно которому основная доля химического превращения во фронте реакции реализуется при температурах, близких к максимальной. При Дэф = оо максимальная температура во фронте реакции определяется из уравнения [c.86]

Наибольшее применение пленочная теория нашла в случае, когда химическая реакция протекает в диффузионной области, т. е. для процессов с быстропротекаюшими реакциями. В этом случае зона реакции мала и приближенно может бьггь заменена фронтом. Фронт разделяет поток на две области. В одной иэ них находится экстрагент, а в другой -хемосорбент. Поскольку реакция протекает мгновенно, то на фронте реакции концентрации реагирующих веществ равны нулю. Скорость процесса переноса в данном случае лимитируется скоростью подвода вещества за счет диффузии. [c.265]

Концентрация хемосорбента на поверхности капли уменьшается со временем от единицы до нуля, достигаемого в момент времени Тх. Начиная с этого момента, вступают в силу граничные условия (6.86), (6.87). Таким образом, обшее решение задачи сводится к последовательному решению двух задач сначала ддя временного интервала 0< <г<Т] решаются уравнения (6.84), (6.85) при условии, что на поверхности поток хемосорбента задан выражением (6.90), а затем для т>т, решается система уравнений (6.89), (6.90) с условиями согласования на фронте реакции и рассмотренными выше начальными и краевыми условиями. Значение т, определяется при решении первой задачи из условия [c.279]

Осуществление каталитических реакций при нестационарном состоянии катализатора достигается путем попеременной обработки катализатора газовыми смесями различного состава, изменениями состава и (или) температуры исходной реакционной смеси и т. п. Одним из наиболее удобных способов реализации нестационарного процесса является создание движущегося фронта реакции по слою катализатора. Для того чтобы фронт не вышел из слоя, предлагается периодически изменять нанравленне подачи реакционной смеси. При таком методе проведения реакции в слое обеспечиваются высокие температуры даже при очень малых адиабатических разогревах смеси и низких входных температурах, время переключения составляет десятки минут, ноле температур хорошо приближается к теоретическому оптимальному, особенно для обратимых экзотермических процессов. Теоретические и экспериментальные результаты по нспользованию предложенного метода хорошо согласуются друг с другом. [c.4]

Предполагается, что х и (о выражены через и. Этого всегда можно добиться, решив уравнения (21). Далее используется метод узких реакционных зон Зельдовича [9], согласно которому основная доля химического превращения во фронте реакции реализуется при температурах, близких к максимальной. Другими словами, с достаточной степенью точности функцию х(и) в подынтегральном выражении (24) можно линеаризовать в окрестности и [c.37]

Отсюда видно, что зависимость максимальной температуры от инерционных параметров е и порядка е/ , т. е. для гетерогенных систем пренебрежимо мала. Если же максимальная температура определена, то скорость распространенпя фронта можно найти из баланса (18). В реальной области значений параметров, когда фронт распространяется в направлении фильтрации газа, слагаемое, пропорциональное Х/а в (30), как правило, можно не учитывать, так что фактически два механизма теплопередачи — межфазный теплообмен и теплопроводность но слою катализатора — влияют на характеристики фронта реакции аддитивно. [c.40]

Анализ оценок основных характеристик фровта экзотермиче ской реакции. На основании полученных зависимостей основных характеристик фронта химической реакции от параметров системы можно сделать некоторые качественные выводы о поведении фронта реакции. В связи с этим полезно рассмотреть следующую задачу найти значение того или иного параметра, при котором реализуется режим стоячей волны (м = 0). Из (30) и (18) следует, что в этом случае [c.41]

В предыдущем разделе рассматривались два типа быстрых превращений парового облака дефлаграция и детонация. В статье [ 1екета,1980] следующим образом определены данные явления дефлаграция - разновидность процесса сгорания облака, в ходе которого фронт реакции продвигается по горючей смеси благодаря теплопроводности и конвекции в направлении от сгоревшего газа к [c.292]

В публикациях организаций, проводивших расследования, используется термин "детонация" он появляется и в более поздней работе "Разрушения в Порт-Хадсоне несомненно вызваны детонацией". В работе [Gugan,1979] автор выражает сомнения по этому поводу и предпочитает интерпретировать происшествие как дефлаграционный взрыв. Аналогичные сомнения выражены и в публикации [АСМН,1979]. Возможно, в начале 70-х годов понятие детонации трактовалось менее определенно, чем сейчас. В [WPN,1984] дано следующее определение "Детонация - это взрыв, обусловленный чрезвычайно быстрым развитием химической реакции вещества, в котором фронт реакции продвигается в сторону части вещества, не участвующей в реакции, со скоростью, большей, чем скорость звука". [c.322]

На рис. 5 показаны профили фильтрационной скорости температуры, степени превращения и скорости химической реакции на катализаторе по длине слоя в разные моменты времени. В данном режиме течения зажигание реагирующей смеси на катализаторе происходит в сечении максимальной фильтрационной скоростп X = 0,95, в котором величина скорости химической реакции имеет максимальное значение в точке с радиусом Н = 1,35. От места источника начинают распространяться тепловая и концентрационная волны по обоим направлениям. По толщине слоя фронт реакции устанавливается в момент времени I = 0,75 с, а по длине — на значительном временном интервале (см. рис. 5). [c.90]

Очевидно, скорость распространения фронта реакции имеет разную величину в различных направлениях из-за неравномерного распределения скорости потока. Со временем фронт концентрационной и тепловой волн устанавливается и по длине слоя (см. рис. 5). Максимальная температура и скорость химической реакции на катализаторе уменьшаются вместе с фильтрационной скоростью, при этом ширина зоны реакции увеличивается и постепенно размывается по толш ине слоя, что согласуется с оценкой, проведенной в [15]. При малых скоростях реагирующей смеси гетерогенно-каталитическая реакция ограничивается скоростью массопереноса [16] и протекает во впешнедиффузионном режиме. [c.91]

Математическая модель фронта химической реакцвн. Теоретические работы, посвященные исследованию процесса распространения реакционной зоны по неподвижному слою катализатора, можно условно разделить на две группы. Первая содержит численный анализ соответствующих систем дифференциальных уравнений. Некоторые результаты в этом направлении получены в работе [5], где исследована квазигомогенная модель, представляющая слой как изотропную и однородную среду, и в [6], где авторы изучали процесс распространения реакционной зоны, пользуясь двухфазной моделью неподвижного слоя катализатора с учетом продольной теплопроводности в твердой фазе. Достаточно подробный численный анализ содержится в работе [7], в которой двухфазная модель была дополнена составляющими кондуктивного переноса в газовой фазе и получено, что в пространстве параметров системы, таких как линейная скорость, коэффициент эффек1 ив пой продольной теплопроводности твердой фазы, входные концентрация и температура газа, существует область их значений, в которой скорость распространения фронта равна нулю. Описанный эффект, во всяком случае, до сих пор не получил экспериментального подтверждения. Следует, однако, отметить, что анализ фронта реакции численными методами производился в ограниченном слое катализатора, в то время как само понятие фронта реакции имеет асимптотический характер и, строго говоря, его можно рассматривать лишь в слое катализатора бесконечной длины. Поэтому делать заключения [c.79]

Энергетический баланс установившегося динамического режима распространения фронта реакции (3.436), представляющий собой взаимно однозначное соответствие между 0 и ю, характеризует отличие процесса распространения в гетерогенных и гомогенных газовых или конденсированных средах, в которых б(со)= 1 и, зна--чит, 0 = 00 + А бадЖ. В гетерогенных системах это условие выполняется только в случае стоячей волны, когда со = 0. Если же м > О, то 0 > 00 + АОадЗ , а если о)<0, то 0 < 0о + АбадЗ . Объясняется этот эффект тем, что вследствие большого различия теплоемкостей твердых и газовых фаз инерционность теплового поля гораздо больше инерционности концентрационного поля, что обусловливает возможность быстрой подачи непрореагировавшего компонента — теплового источника — в медленно перемещающееся тепловое поле. При движении фронта в направлении фильтрации газа максимальная температура выше адиабатической, так как в этом случае тепло, выносимое волной, складывается из адиабатического разогрева и тепла, отдаваемого слоем катализатора при его охлаждении. При движении фронта навстречу потоку газа, наоборот, часть тепла реакции расходуется на прогрев слоя катализатора, вследствие чего максимальная температура в зоне реакции ниже адиабатической. [c.84]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология