Диффузия и гетерогенные реакции

Коэффициент диффузии. Гетерогенную реакцию можно разбить на несколько стадий 1) подход вещества к поверхности, 2) адсорбция, 3) реакция, 4) удаление продуктов. Любая из этих стадий может определять скорость реакции. Если лимитирующими является первая и четвертая стадии процесса, то скорость этого процесса зависит от диффузии поэтому кинетические процессы такого типа называются диффузионными процессами. Большое значение имеют диффузионные явления в таких процессах, как испарение жидкостей на воздухе или в среде других газов, растворение вещества в разных растворителях и т. п. Скорость этих процессов определяется скоростью диффузии. [c.422]

По этим причинам метод потока сравнительно мало применяется для получения точных данных о газовых реакциях. С другой стороны, этот метод очень удобен при изучении гетерогенных реакций, когда реакционная зона точно ограничена поверхностью катализатора и наиболее существенным фактором является диффузия из газовой фазы (или раствора) к поверхности катализатора. Метод был использован также и для изучения жидкофазных реакций, хотя при этом требуются очень большие количества растворителя. Применение метода потока часто требует довольно сложного оборудования для предварительного нагревания реагентов, точного регулирования потока, сбора и разделения продуктов. Типичная установка показана на рис. IV.2. [c.63]

В случае процесса, проходящего в гетерогенной системе и сопровождаемого химической реакцией, расчет наблюдаемой скорости превращения требует, как указано выше, учета параметров, имеющих решающее значение как для скорости химической реакции, так и для массопереноса. Для этого можно использовать различные методы. Один из них основан на изучении превращения в установившемся режиме, т. е. в состоянии динамического равновесия. Предположим, что реакционная система состоит из твердой фазы и жидкости (газа), в ядре потока которой концентрация исходного вещества постоянна и равна С. Исходное вещество диффундирует к межфазной поверхности и достигает там концентрации С . Скорость химической реакции на межфазной поверхности является функцией этой концентрации. При установившемся режиме количество исходного вещества, которое должно прореагировать в единицу времени на единице межфазной поверхности, равно количеству исходного вещества, перенесенному в зону реакции в результате диффузии. Для реакций первого порядка справедлива следующая зависимость [c.247]

Обозначим константу скорости реакции первого порядка в слое твердых частиц порозностью через к. Будем рассматривать гетерогенные реакции в системе газ — твердые частицы их общая скорость лимитируется либо диффузией, либо кинетикой реакции адсорбции или десорбции. В первом случае процесс может лимитироваться внутренней диффузией (в порах частицы) либо внеш-йей (к наружной поверхности частицы). Общая скорость реакционного процесса максимальна в случаях, когда лимитирующей стадией является внешняя диффузия. Кроме того, диффузия может контролировать процесс в слое с барботажем пузырей, когда наиболее медленной стадией является приток свежего реагента от пузырей к непрерывной фазе. [c.311]

Как следует из гл. 1, для реакций с наличием двух и более фаз в потоке, т. е. гетерогенных, необходимо изучать кинетику в условиях сильного перемешивания, исключающего влияние на процесс диффузии компонентов реакции между фазами. Это относится и к системам жидкость — жидкость, и к системам жидкость — газ. Однако в аппаратурном отношении здесь имеются некоторые различия, также как и для гетерогенно-каталитических реакций с обоими типами потоков. [c.67]

При жидкостной экстракции, кроме чисто физических явлений, какими являются оба вида диффузии и спонтанная турбулентность, могут происходить также и химические реакции между растворенными молекулами и компонентами растворителя или только между первыми. Реакции могут проходить либо в фазе растворителя—и тогда они имеют гомогенный характер, либо на поверхности контакта фаз, как свободно идущие реакции гомогенного характера. Химические реакции оказывают большое влияние на скорость перехода молекул целевого компонента, и в зависимости от характера они могут ускорять массообмен (гомогенные реакции) или заменять его (гетерогенные реакции) вследствие появления дополнительных сопротивлений на межфазной поверхности. [c.62]

Рис. 1-37. Схема распределения концентраций при диффузии и медленной гетерогенной реакции на поверхности контакта фаз

Рис. 1-38. Распределение концентраций в случае диффузии н гетерогенной реакции на поверхности контакта на прямоугольной диаграмме

Для оценки эффективности возможных путей воздействия на скорость гетерогенной реакции очень важно знать, какая из стадий ее является в данных условиях наиболее медленной и, следовательно, определяющей скорость реакции в целом. В одних случаях этой стадией являются процессы диффузии того или другого компонента реакции из объема фазы к поверхности раздела или наоборот. В других —само химическое взаимодействие на поверхности раздела. Различие между этими случаями наиболее сильно проявляется в зависимости скорости реакции от температуры. Скорость диффузионных процессов изменяется с температурой сравнительно слабо (примерно на 1—3% на градус), а скорость химического взаимодействия—значительно сильнее (примерно на 10—30% на градус, в зависимости от энергии активации). [c.489]

Другим примером является гетерогенная реакция, протекающая на границе двух фаз (т. е. на поверхности катализатора). Реагенты подходят к реакционной поверхности за счет диффузии в этом случае массопередача к реакционной поверхности может значительно повлиять на общую скорость превращения. Следовательно, химиче- [c.152]

Следует отметить, что величина п есть концентрация частиц (число частиц в 1 см ) вблизи поверхности. Если реакция идет очень быстро, то в результате расходования частиц вблизи поверхности их концентрация окажется пониженной и в реакторе создастся неравномерное распределение частиц. В этом случае скорость реакции будет зависеть также от скорости диффузии частиц к поверхности. Рассмотрение в общем виде вопроса о влиянии диффузии на скорость гетерогенных реакций выходит за рамки настоящего курса. Для частного случая захвата свободных радикалов стенками реакционного сосуда, который играет важную роль в цепных реакциях, вопрос о роли диффузии будет рассмотрен в гл, VH1. [c.100]

Скорость гетерогенных химических реакций определяется количеством вещества, прореагировавшего на единице поверхности в единицу времени. В общем случае степень химического превращения при гетерогенном каталитическом процессе зависит не только от кинетической характеристики реакции, но и от процессов диффузии реагирующих веще гв из потока среды, протекающей между зернами катализатора, к внешней поверхности катализатора и в его поры и обратной диффузии продуктов реакции. [c.518]

Жидкофазная и газофазная гидрогенизации относятся к гетерогенным реакциям, поскольку протекающие процессы осуществляются в присутствии катализаторов на их поверхности. Скорость гидрирования в жидкой фазе определяется концентрацией водорода в затирочном масле и временем, необходимым для диффузии водорода к катализатору. Положительным фактором является то, что растворимость водорода в тяжелом масле возрастает с температурой, благодаря чему увеличивается скорость гидрогенизации. Скорость гидрогенизации достигает предела, обусловленного определенным давлением водорода, при котором устанавливается полное насыщение им поверхности катализатора. Дальнейшее повышение давления нецелесообразно, поскольку оно не сказывается на скорости реакции. [c.132]

Перемешивание, выравнивая концентрации до среднего значения во всем объеме и повышая степень турбулентной диффузии, ускоряет гомогенные и гетерогенные реакции и устраняет местные перегревы. При гетерогенных реакциях перемешивание снижает толщину диффузных слоев, увеличивает поверхность раздела фаз (жидкость — жидкость), что приводит к значительному ускорению реакций. [c.129]

При гетерогенных реакциях горения или процессах испарения молекулярная диффузия и теплопроводность осуществляются только внутри сравнительно тонкого пограничного слоя у поверхности, так как внешний газовый поток является большей частью турбулентным. Тем не менее, в этом случае именно процессы переноса в пограничном слое являются решающими для процесса горения или испарения. Интенсивность переноса вещества и тепла в турбулентном потоке во много раз превосходит интенсивность переноса в пограничном слое. Поэтому скорость тепло- и массообмена поверхности с потоком в основном определяется молекулярным переносом в пограничном слое. [c.80]

По какому порядку протекают гетерогенные реакции, наиболее медленной стадией которых является стационарный поток диффузии исходных веществ к поверхности раздела фаз [c.83]

Представьте график зависимости скорости диффузии и скорости химической реакции от температуры для гетерогенной реакции и укажите, в каком интервале температур реакция протекает в диффузионной области, а в каком —в кинетической. Каков порядок величины энергии активации в диффузионной области и каков — в кинетической [c.83]

Таким образом, скорость любой гетерогенной реакции слагается из скорости самой реакции и скоростей подвода реагирующих веществ к границе раздела и отвода их от нее, главным образом иутем диффузии. [c.170]

Скорость химических реакций с повышением температуры резко растет. Для гетерогенных реакций температурный коэффициент скорости обычно ниже, чем для гомогенных, так как при этом накладывается влияние других факторов, и наиболее медленной стадией процесса является не сама химическая реакция, а процессы диффузии, адсорбции и т. п. Зависимость скорости гомогенной реакции от температуры приближенно описывается эмпирическим правилом Вант-Гоффа при нагревании на 10° константа скорости увеличивается в два-четыре раза, т. е. [c.338]

Гетерогенные реакции проходят через ряд последовательных стадий 1) диффузию молекул реагирующих веществ к поверхности раздела фаз, где происходит химическое взаимодействие, 2) собственно химическую реакцию, 3) диффузию образующихся продуктов из зоны [c.428]

Всякая гетерогенная каталитическая реакция начинается с адсорбции молекул исходных веществ на поверхности твердого катализатора. Гетерогенный процесс можно разбить на три стадии 1) движение реагирующих веществ к поверхности катализатора (диффузия) 2) реакция на поверхности катализатора и 3) десорбция продуктов реакции с освобождением поверхности катализатора. Скорость каталитического процесса может определяться одной из них. [c.32]

Скорость реакции в гетерогенных системах. Гетерогенные реакции имеют большое значение в технике. Достаточно вспомнить, что к ним принадлежат, например, горение твердого топлива, коррозия металлов и сплавов. Рассматривая гетерогенные реакции, нетрудно заметить, что они тесно связаны с процессами переноса вещества. В самом деле, для того, чтобы реакция, например, горения угля могла протекать, необходимо, чтобы диоксид углерода, образующийся при этой реакции, все время удалялся бы от поверхности угля, а новые количества кислорода подходили бы к ней. Оба процесса (отвод СО2 от поверхности угля и подвод О2 к ней) осуществляются путем конвекции (перемещения массы газа или жидкости) и диффузии. [c.196]

Применение соотношения (58.1) позволяет усмотреть некоторую аналогию между процессами с лимитирующей химической стадией и явлениями концентрационной поляризации. Однако при медленной гетерогенной реакции в уравнение (58.1) входит концентрация вещества, находящегося на поверхности электрода, и эта концентрация меняется за счет протекания химической реакции, а не за счет процессов диффузии или миграции. Последнее относится и к процессам с медленной гомогенной реакцией. [c.300]

Комбинированная схема, соответствующая наложению процессов диффузии, разряда и гетерогенной химической реакции, показана на рис. 163. Эквивалентная схема гетерогенной реакции включена последовательно с импедансом Варбурга и импедансом стадии разряда. Отдельные элементы этой схемы могут быть определены, если предпо- [c.304]

Теория электрохимических процессов с медленной гомогенной химической реакцией сложнее, чем теория гетерогенных реакций. При гетерогенных реакциях необходимо учитывать лишь скорости образования и потребления вещества на поверхности металла, тогда как при медленной гомогенной реакции необходимо рассматривать также диффузию образовавшегося вещества к поверхности электрода. [c.306]

Существуют попытки объяснения столь небольшой энергии активации при низких температурах диффузией радикалов к стенке и гетерогенной реакцией СНз- - ацетон, последующим фотолизом накапливающегося диацетила (который, по расчетам Нойеса, должен быть незначительным), реакцией 6 и возможностью влияния горячих радикалов. Ни одно из этих предположений не проанализировано количественно, хотя Никольсои [87] показал, что диффузия радикалов СН3 к стенкам может стать значительной при низких интенсивностях, малом давлении ацетона или низких температурах. Тот факт, что 2 не полностью подавляет образование СН4, доказывает, что влияние горячих радикалов может иметь большое значение. [c.328]

Физические промежуточные стадии (в этом примере—диффузия) характерны для всех гетерогенных реакций, к которым отнб-сятся почти все промышленные процессы. Гетерогенные реакции подробно рассмотрены в главах VI и VII. Метод составления суммарного уравнения скорости для сложных реакций описан в главе II (см. стр. 71). [c.38]

Следует особенно отметить возбуждение турбулентности путем перемешивания или какими-либо другими методами. Турбулентность влияет не только на величину поверхности раздела фаз, но и позволяет устранить влийние малых градиентов концентрации, что в противном случае могло бы привести к снижению скорости диффузии. При выводе выражения Для суммарной скорости гетерогенной реакции необходимо учитывать как скорость массо- [c.173]

Гетерогенная химическая реакциа—мвжет протекать только в б м случае, если происходит непрерывная молекулярная или конвективная диффузия реагирующих веществ к поверхности, на которой идет данная реакция, и непрерывная обратная диффузия продуктов реакции. [c.311]

Из этих уравнений следует, что в случае диффузии и одновременной гетерогенной реакции на поверхности контакта фаз возникает три вида сопротивления два вида, имеющие такую же величину, как й при физической диффузии, и дополнительное сопротивление, вызванное химической реакцией. Оно не зависит от концентрации только для химических реакций первого порядка п=г—1) и тогда, когда скорость реакции не зависит от концентрации (/г,г= onst, г"=сопз1). Если скорость реакции зависит от концентрации, то опреде,тение констант скорости и к,, основанное на опытах, выполняемых в постоянных условиях, встречает затруднения. [c.72]

Внешняя массо- и теплопередача. Помимо процессов диффузии и теплопередачи внутри пористой частицы, существенное влияние на макроскопическую скорость каталитической реакции может оказывать массо- и теплообмен между внешней поверхностью частицы и омывающим ее потоком. Гетерогенно-каталитический процесс всегда проводится в условиях интенсивного движения реагирующей смеси при этом в основной части ( ядре ) потока молекулярная диффузия играет пренебрежимо малую роль по сравнению с конвекцией, благодаря которой происходит выравнивание состава и температуры смеси. Y твердой поверхности скорость потока обращается, однако, в нуль поэтому вблизи поверхности Ейзренос вещества будет определяться молекулярной диффузией реагентов. В первых работах по диффузионной кинетике гетерогенных реакций, принадлежащих Нернсту [11 ], принималось, что вблизи поверхности существует слой неподвижной жидкости толщиной б и диффузия через этот слой ли- [c.102]

При больших скоростях движения практически весь перепад скорости сосредоточен в тонком гидродинамическом пограничном слое толщиной б 01 а перепад концентрации — в диффузионном пограничном слое толщиной б. Величина б будет различной на разных участках поверхности, являющейся неравнодоступной в диффузионном отношении. То же относится и к толщине гидродинамического пограничного слоя бо- Отношение бо/б тем выше, чем больше отношение кинематической вязкости вещества v к коэффициенту молекулярной диффузии В жидкостях, где v/Z) > 1, диффузионный пограничный слой гораздо тоньше гидродинамического. В этом случае при решении уравнения (III.13) можно воспользоваться достаточно простыми выражениями для скорости потока вблизи твердой поверхности, что позволяет найти аналитическое решение уравнения (III.13) при протекании быстрой гетерогенной реакции или реакции первого порядка на поверхности частиц простой геометрической формы (пластина или шар) [12, 13]. В газах толщины диффузионного и гидродинамического пограничных слоев — величины одного порядка и [c.103]

Данные о влиянии ироцессов массопередачи на относительно быстрые реакции можно получить, проводя эксперименты при различных температурах. Кажущаяся энергия активации реакцип довольно высока, если скорость процесса определяется химическо11 реакцией однако, когда начинает сказываться торможение Диффузией и массопередачей, величина кажущейся энергии активации снижается. Прн обсуждении экспериментальных данных следует пользоваться методами, рассмотренными на стр. 163 (для гомогенных реакций) и на стр. 171 (для гетерогенных реакций). [c.238]

Реакция оксиэтилирования является каталитической гетерогенной реакцией, протекающей в две стадии 1-я — диффузия и растворение газообразной окиси этилена в расплавленном оксиэтилируембм соединении, 2-я — сам акт присоединения окиси этилена к этому соединению. Скорость первой стадии определяется скоростью диффузии (1-й закон Фика). [c.166]

Различают диффузию линейную и пространственную полубеско-нечную и ограниченную стационарную и нестационарную. Линейная диффузия происходит в одном направлении, пространственная — в разных направлениях. Диффузия называется полубесконечной, если фронт диффузии в процессе гетерогенной реакции не успевает достигнуть границы системы диффузия будет ограниченной, если фронт диффузии достигает границы системы. Под фронтом диффузии понимается граница внутри раствора, где еще не заметны изменения в концентрации, вызванные процессом диффузии. При стационарной диффузии концентрация вещества в любой данной точке пространства не меняется со временем при нестационарной меняется. [c.368]

Как уже упоминалось ранее, в общем случае суммарная скорость химической реакции определяется замедленной стадией процесса. Для большинства гетерогенных реакций ско-ростьопределяющей стадией является подвод (транспорт) реагирующих частиц к активному центру реакции. Транспорт реагирующих веществ может осуществляться конвекцией или диффузией (коэффициент диффузии 10 —10 м / ). [c.186]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология