Процесс кинетическая и диффузионная области

Индикатором характера процесса служит влияние на него температуры. Дело в том, что энергия активации диффузионных процессов Е 30 кДж) гораздо меньше энергии активации химического взаимодействия Е 5 40 кДж). Следовательно, константа скорости химической реакции гораздо чувствительнее к изменению температуры, чем коэффициент диффузии. Действительно, если на каждый градус скорость взаимодействия изменяется на 10—30%, то скорость транспорта веществ изменяется всего лишь на 1—3%. Поэтому понижение температуры нередко приводит к смещению процесса из диффузионной области в кинетическую. [c.154]

Таким образом, если гетерогенный процесс находится в кинетической области, то для увеличения скорости этого процесса нужно усиливать воздействие всех трех факторов, которые способствуют переходу процесса в диффузионную область (повышение температуры, увеличение активности реакционной поверхности и т. п.). Напротив, если процесс находится в диффузионной области, то интенсификация его достигается усилением воздействия тех факторов, которые благоприятствуют кинетическому режиму процесса. [c.207]

При разработке гетерогенного процесса необходимо учитывать, что правильный выбор конструкции аппарата позволяет в значительной степени интенсифицировать процесс, переводя его из одной области протекания в другую. Например, уменьшая интенсивным перемешиванием диффузионное сопротивление, можно перевести процесс из диффузионной области в кинетическую и далее уже повышать скорость химической реакции. [c.167]

Гетерогенные процессы, сопровождаемые химической реакцией, могут быть трех типов 1) когда реакция протекает на поверхности раздела фаз, этот тип характерен для процессов с участием твердой фазы Т — Ж Т—Г Г — Ж — Т и др. 2) когда реакции протекают в объеме одной из фаз после переноса в нее вещества из другой такие процессы наиболее распространены и могут идти с участием любых фаз в системах Г — Ж, Ж — Ж (несмешивающиеся), Т — Ж, Г — Ж—Т и др. 3) когда реакция происходит на поверхности вновь образующейся фазы этот тип возможен для процессов взаимодействия твердых фаз. Если гетерогенный процесс идет в кинетической области, то для первых двух указанных типов справедливы законы кинетики гомогенных процессов. При этом скорость процесса лимитируется скоростью химических реакций, описывается кинетическими уравнениями реакций, порядок которых зависит от числа и природы реагентов. Для кинетики гетерогенных процессов в диффузионной области характерны следующие особенности а) сравнительно малые величины условной энергии активации б) сравнительно малое влияние температуры на скорость процесса, что видно хотя бы из значений температурных коэффициентов диффузии, которые для жидкостей и газов колеблются в пределах 1,1—1,5 (если только повышение температуры не меняет фазового состояния реагентов) в) большое влияние турбулизации системы (перемещивания) на скорость процесса. [c.153]

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]

В общем случае характер процесса определяется параметрами а и 1, которые включают пять основных величин V7 , г ), и /с а. В условиях реального процесса изменению поддаются лишь некоторые из этих величин. Область максимальной скорости протекания процесса определяется тем, какие пз этих величин можно использовать для регулирования скорости процесса. Если можно изменять величины Уд или / о, то максимальная скорость соответствует кинетической области протекания процесса. В случае, когда при постоянных Уд и к а можно изменять величины У , или к , максимальная скорость процесса соответствует диффузионной области. [c.122]

Влияние температуры на скорость процессов в диффузионной области меньще, чем в кинетической. Температурную зависимость коэффициента диффузии для газов можно выразить упрощенной формулой [c.70]

Рассмотрим отдельно закономерности протекания процесса в кинетической и диффузионной областях. В настоящей главе остановимся на особенностях протекания процесса в кинетической обла-сти. Кинетика процессов в диффузионной области рассмотрена ниже в гл. VII. [c.74]

В кинетической области скорость собственно химического взаимодействия меньше скорости массопередачи и поэтому лимитирует скорость всего процесса. В диффузионной области лимитирующей является скорость диффузии компонентов в зоне реакции, которая зависит от гидродинамики и физических свойств фаз и определяется по общему уравнению массопередачи. [c.441]

На практике стремятся к исключению влияния диффузии на кинетику реакции. Этого можно добиться, например, путем интенсивного перемешивания. Оно уменьшает толщину диффузионного слоя б, что приводит к возрастанию константы скорости диффузии р. Перевода процесса из диффузионной области в кинетическую можно добиться понижением температуры. Поскольку константа скорости химического превращения сильнее зависит от температуры, чем коэффициент диффузии, то при низкой температуре процесс лимитируется не диффузией, а собственно химическим превращением. [c.768]

Согласно исследованию А. П. Сокольского и Ф. А. Тимофеевой [129], с уменьшением размера горящих частиц повышается температурный уровень перехода процесса в диффузионную область. Вследствие этого процесс горения угольной пыли может протекать в пределах кинетической и промежуточной областей даже при весьма высоких температурах порядка 1500— 1800°. Температурный уровень, определяющий границы кинетической и промежуточной областей горения частицы, зависит от ее размеров чем-меньще частица, тем выше этот температурный" уровень. Этим объясняется то обстоятельство, что горение угольной пыли обычного размола (30—100 [х) существенно за- [c.207]

При осуществлении гетерофазных реакций с участием твердых фаз важно перевести процесс из диффузионной области в кинетическую. Это удается сделать в технологических масштабах при реализации идеи псевдоожижения высокодисперсной твердой массы быстрым потоком газа (кипящий, или фонтанирующий, слой). [c.90]

В. Перемешивание увеличивает коэффициент массопередачи или константу скорости процесса вследствие замены молекулярной диффузии конвективной, т. е. снижения диффузионных сопротивлений, препятствующих взаимодействию компонентов. Следовательно, усиление перемешивания взаимодействующих веществ целесообразно применять для процессов, идущих в диффузионной области до тех пор, пока общая константа скорости процесса к [см. формулы (П.63) — (П.65)] не перестанет зависеть от коэффициентов переноса О, т. е. вплоть до перехода процесса из диффузионной области в кинетическую, где к выражается формулой (П.64). Дальнейшее усиление перемешивания в проточных аппаратах снижает движущую силу процесса и скорость реакции. [c.74]

Для проведения гомогенных процессов применяются все основные типы реакторов, рассмотренных в гл. П1. Устройство реакторов для проведения гомогенных процессов проще, чем устройство реакторов для гетерогенных процессов, ввиду легкости перемешивания. Все реальные аппараты занимают промежуточное положение между аппаратами идеального вытеснения и полного смешения. Движущая сила процесса в реальных реакторах меньше, чем в реакторах идеального вытеснения. Следовательно, в реакторах для гомогенных процессов перемешивание необходимо усиливать только до перехода процесса из диффузионной области в кинетическую, дальнейшее же усиление перемешивания снижает скорость процесса. В некоторых случаях бывает необходимо усиление перемешивания и в кинетической области, например, для устранения местных перегревов реакционной смеси, для усиления теплопередачи между реакционной смесью и теплообменными поверхностями и т. п. Конструкции реакторов зависят от характера среды (газ, жидкость), параметров процесса и свойств соединений, участвующих в реакциях. [c.145]

Для гетерогенных процессов наиболее характерна диффузионная область. Однако применение современных интенсивных приемов турбулизации потоков и развития поверхности соприкосновения фаз может привести к переводу процесса из диффузионной области в кинетическую. С другой стороны, при повыщении температуры гетерогенный процесс может перейти из кинетической области во внешнедиффузионную. На рис. 73 показано влияние температуры и степени турбулизации потока на скорость взаимодей- [c.154]

Особое значение имеет проведение процесса в кинетической области — области, где скорость процесса в целом лимитируется кинетическими факторами. Прохождение процесса в диффузионной области (лимитирующие факторы — диффузия реагентов в зону реакции), как это видно из рис. 4.3.1, не только замедляет образование арилкарбоновой кислоты, но и уменьшает ее общий выход даже при длительном окислении из-за протекания побочных процессов, сопровождающихся образованием продуктов, ингибирующих окисление. [c.154]

Мы можем переводить процесс из диффузионной области в кинетическую по отношению к диффузии в объеме, независимо от того, в какой области находится диффузия к поверхности. Диффузия в объеме и диффузия к поверхности зависят от разных факторов. Так, изменяя концентрацию катализатора, мы изменяем условия диффузии в объеме и можем переводить процесс из кинетической области в диффузионную по отношению к диффузии в объеме, не меняя совершенно соотношения между величинами к и р, т. е. никак не влияя на условия диффузии к поверхности. Диспергирование реагирующего газа. т. е. увеличение поверхности соприкосновения между газовой и жидкой фазами, также влияет только на условия диффузии в объеме и, следовательно, приводит к увеличению скорости реакции только в области диффузии в объеме, где скорость реакции пропорциональна указанной поверхности соприкосновения. [c.112]

Чтобы произошел сдвиг процесса из диффузионной области горения в кинетическую, необходимо увеличить коэффициент массообмена ( ). [c.54]

Одним из основных способов увеличения скорости химического процесса является перемешивание реагентов. Причем перемешивание увеличивает коэффициент массопередачи или константу скорости процесса вследствие перехода от молекулярной диффузии к конвективной. При этом снижается диффузионное сопротивление, препятствующее взаимодействию компонентов. Наиболее целесообразно увеличивать степень перемешивания взаимодействующих веществ при осуществлении процессов, протекающих в диффузионной области. При этом увеличивать степень перемешивания можно до тех пор, пока общая константа скорости процесса не перестанет зависеть от коэффициентов переноса В, т. е. до перехода процесса из диффузионной области в кинетическую. Дальнейшее увеличение перемешивания в проточных аппаратах снижает движущую силу процесса и скорость реакции. [c.141]

Влияние температуры. Повышение температуры при постоянстве других факторов благоприятствует переходу процесса в диффузионную область, а понижение — в кинетическую. Это следует из уравнений (V,25) и (V,16), согласно которым на рис. 70 проведены кривые /Ск = ф(Г) и Кд = ф(Г), где — константа скорости кинетических стадий, Кц — константа скорости диффузионных стадий. При всех температурах ниже температуры Tj, при которой пересекаются кривые Kf, = ф(Г) м Кц — [c.205]

Влияние давления. Увеличение давления при постоянстве других факторов способствует переходу гетерогенного процесса в диффузионную область, а уменьшение — в кинетическую. Это подтверждается уравнением (У,24), которое показывает, что коэффициент диффузии в газовой фазе обратно пропорционален давлению. С другой стороны, согласно уравнениям Фрейндлиха (IV, 1) и Ленгмюра (IV, 15), при увеличении давления увеличивается поверхностная концентрация адсорбированных газов, поэтому повышается скорость реакции на поверхности раздела фаз. Поскольку изменение давления изменяет константы скоростей диффузионных и кинетических стадий в противоположных направлениях, увеличение давления, вызываюш,ее уменьшение и увеличение Кк, переводит процесс в диффузионную область. [c.206]

Кинетику процессов с участием жидких и газообразных реагентов можно рассмотреть также на примерах абсорбции и десорбции. Для процессов в диффузионной области кинетические уравнения в наиболее общем виде записываются так [c.167]

Расчет реакторов барботажного типа. Расчет производится различными способами в зависимости от того, протекает процесс в диффузионной области или в кинетической. [c.204]

Разумеется, те же предельные области, которые мы установили для реакции первого порядка, будут наблюдаться и при более сложной кинетике. Если предельный диффузионный поток много больше предельного кинетического потока, т. е. o > A g, процесс будет протекать в кинетической области. Напротив, неравенство вида o <1 кСо указывает на протекание процесса в диффузионной области. [c.49]

В настоящей главе мы остановимся на особенностях протекания процесса в кинетической области. Кинетика процессов в диффузионной области рассмотрена ниже в гл. VII. [c.105]

Кинетическая и диффузионная область. Очень важно правильно определить, протекает процесс в диффузионной области или кинетической, т. е. что является определяющей—скорость массопередачи или скорость химической реакции. Основными переменными, позволяющими это обнаружить, служат скорость потока и температура. Уравнение (VI, 2) показывает, что скорость массопередачи почти прямо пропорциональна скорости потока. С другой стороны, такое изменение рабочих условий совершенно не сказывается на скорости химической реакции. Влияние температуры на массопередачу выражено только в изменении физических свойств веществ в критериях подобия. Однако суммарное влияние температуры на скорость массопередачи весьма незначитель- [c.181]

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]

Внедрение коллоидно-диспергированных катализаторов привело к знaчиfeльным успехам в гетерогенном катализе. В этом случае управление каталитической реакцией сводится к регулированию подачи катализатора в реагирующую систему (для процессов в диффузионной области) или к изменению температуры системы (для процессов в кинетической области). [c.177]

Из уравнения (VIII.15.3) вытекает, что гетерогенные химические процессы в диффузионной области всегда протекают по первому порядку независимо от истинных кинетических закономерностей реакции. Следовательно, экспериментально определяемая константа скорости реакции первого порядка будет равна [c.278]

Реакционные смеси твердых веществ обычно имеют небольшую теплоемкость и теплопроводность, и это может привести к значительным локальным разогревай, особенно если реакция экзотермическая. Сильное изменение температуры реакционной смеси может вызвать замену одной лимитирующей стадии процесса (например, диффузионной) другой (например, кинетической). Это повлияет не только на абсолютную величину скорости процесса, но и на его кинетическую характеристику. На рис. 16.4 показаны характерные кривые зависимости коэффициента скорости процесса от температуры. Когда процесс лимитируется химической кинетикой — коэффициент скорости реакции К пропорционален ехр [— /(/ Т) ],—типична кривая 1, для диффузионной кинетики (/С Г) — кривая 2. Кривая 3 характерна для более сложного случая, когда с изменением температуры процесс г остепенно переходит из кинетической области в диффузионную кривая 4 — для резкого перехода процесса из диффузионной области в кинетическую. Последний случай может наблюдаться, например, когда повышение температуры приводит к появлению жидкой фазы, что вызовет резкое уменьшение диффузионного сопротивления. [c.350]

Возникают первые развернутые исследования экопериментально-теоретического по рядка со сферическими сравнительно крупными (5- 25 мм) углеродными частицами в вынужденном потоке [Л. 61 и 70], в которых учитывается конечное время химической реакции (т ), а полное время сгорания частицы рассматривается как сумма диффузионного и кинетического времени Особенно развернутым — и теоретически и экспериментально — является исследование Блинова [Л. 61], дающее отличное совпадение теоретических расчетов с его же экспериментальными данными и устанавливающее, что переход процесса в диффузионную область [когда можно пренебрегать добавочным слагаемым (т )] для исследовавшихся довольно крупных сферических частиц наступает примерно при 1 200°, [c.201]

Кинетику процессов с участием жидких и газообразных реагентов можно рассмотреть также на примерах абсорбции и десорбции. Чаще всего общую скорость этих процессов и размеры реакторов определяют физические диффузи -онные стадии. Для процессов в диффузионной области кинетические уравнения в наиболее общем виде записываются так [c.159]

Все реальные аппараты, занимающие промсгкуточное положение между аппаратами идеального вытеснения и полного смешения, также работают с более низким к. п. д. и меньшей степенью превращения, чем аппараты идеального вытеснения. Следовательно, в реакторах для гомогенных процессов перемешивание необходимо усиливать только до перехода процесса из диффузионной области в кинетическую, дальнейшее же усиление перемешивания поведет к снижению скорости процесса. В некоторых случаях бывает необходимо усиление перемешивания и в кинетической области, например, для устранения местных перегревов реакционной смеси, для усиления теплопередачи между реакционной смесью и теплообменными поверхностями и т. п. [c.155]

Увеличение коэффициента скорости к для процессов в диффузионной области достигается главным образом повышением турбулентности взаидюдействующих фаз, в результате которого происходит уменьшение диффузионных сопротивлений и непрерывное обновление межфазной поверхности. Для процессов в кинетической об- [c.159]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология