Диффузионная область химической реакции

В зависимости от того, в одной или нескольких фазах находятся компоненты, реакции, различают кинетику гомогенных реакций и кинетику гетерогенных реакций. В гетерогенных системах процесс в целом состоит по меньшей мере из двух последовательных стадий диффузии реагирующих веществ к поверхности раздела фаз и химической реакции на поверхности. Разница между скоростями каждой стадии может быть очень большой. В этом случае скорость процесса в целом определяется скоростью наиболее медленной стадии, которая называется лимитирующей, или определяющей стадией. Если скорость процесса определяется химическим взаимодействием веществ на поверхности, то говорят, что реакция протекает в кинетической области. Если же определяющая стадия — подвод реагирующего вещества в зону реакции за счет диффузии, то считается, что реакция протекает в диффузионной области. Скорости реакции и диффузии могут быть соизмеримы. Тогда скорость всего процесса представляет собой сложную функцию кинетических и диффузионных явлений, и процесс протекает в переходной области. [c.228]

Для процессов, протекающих в диффузионной области, скорость реакции изменяется значительно медленнее, так как проявляется только через изменение коэффициента диффузии. Скорость гетерогенных процессов, которая зависит как от скорости диффузии, так и от химической кинетики, также изменяется с изменением темнера гу-ры, однако по более сложному закону. Наконец, сложный характер зависимости скорости от температуры имеют химические процессы, осложненные побочными реакциями. При повышении температуры скорость побочных реакций может расти быстрее, (чем скорость основной реакции. В этом случае повышать температуру процесса невыгодно, так как выход целевого продукта уменьшается. В противном случае процесс предпочтительнее вести при более низкой температуре, поскольку это приводит к повышению скорости взаимодействия реагентов и увеличению выхода целевого продукта. [c.230]

Второй вопрос, который необходимо было решить при создании аппаратуры нового типа, — это возможность снижения основного параметра многих химических процессов — давления до предела, при котором процесс протекает еще достаточно эффективно. Уменьшение давления упрощает аппаратурное оформление процесса и снижает эксплуатационные затраты. В жидкофазных процессах с участием сжатых газов снижение давления приводит к уменьшению скорости растворения газа, но это можно скомпенсировать увеличением интенсивности перемешивания. Другими словами, за счет улучшения гидродинамического режима аппарата, оцениваемого числом Не, можно настолько увеличить поверхность раздела фаз и условный градиент концентраций, что в отдельных случаях можно будет устранить внешнее диффузионное торможение химической реакции. В этом случае скорость процесса будет определяться скоростью химической реакции на поверхности катализатора. Это подтверждается при увеличении концентрации катализатора. При переходе процесса в кинетическую область скорость химического процесса пропорциональна количеству катализатора. [c.129]

Диффузионная и кинетическая области химических реакций /—кинетическая область //—переходная область ///-диффузионная область. [c.64]

Во внутренней диффузионной области скорость реакции равна ,т. е. в (Ь раз меньше, чем в области химической ки- [c.80]

В диффузионной области скорость реакции никак не зависит от конкретных особенностей ее химического механизма скорости разных реакций различаются лишь постольку, поскольку различны коэффициенты диффузии реагирующих веществ, а в случае обратимых реакций — поскольку неодинаковы условия равновесия. [c.403]

Гетерогенная химическая реакция протекает лишь тогда, когда непрерывно происходит молекулярная или конвективная диффузия реагирующих веществ к поверхности, на которой идет данная реакция, и непрерывная обратная диффузия продуктов реакции. Поскольку скорость реакции в целом определяется скоростью наиболее медленной стадии реакции, постольку о каталитической реакции, скорость которой определяется скоростью диффузии, говорят, что процесс лежит в диффузионной области. Такие реакции чаще всего математически описываются уравнением реакций первого порядка, так как скорость диффузии пропорциональна концентрации. О реакциях, скорость которых значительно меньше, чем скорость диффузии, говорят, что процесс лежит в кинетической области. Они описываются уравнением кинетики той реакции, которая протекает на поверхности катализатора. [c.128]

Когда скорость химической реакции и скорость диффузии приблизительно равны, считают, что процесс протекает в переходной области. В этом случае при определении константы скорости должны учитываться и диффузионные О, н кинетические к этапы, которые вызывают дополнительное торможение процесса [c.90]

Следует добавить, что в рассматриваемой диффузионной области (при постоянном давлении) устанавливается линейная зависимость скорости превращения от концентрации исходного вещества в реакционном пространстве, т. е. как для реакции первого порядка. Кажущийся порядок превращения не характеризует, конечно, химическую реакцию на поверхности контакта фаз. [c.250]

Процессы массо- и теплообмена, сопровождаемые химической реакцией, могут протекать в диффузионной, кинетической или промежуточной областях. В диффузионной области процесс лимитируется скоростью транспорта теплоты и вещества в зоне реакции и реализуется при больших скоростях химической реакции. Наоборот, процесс, протекающий в кинетической области, лимитируется скоростью химической реакции и реализуется при больших скоростях транспорта теплоты и вещества к зоне реакции. [c.259]

Рис. 45. Переход из кинетической области в диффузионную Сплошная кривая соответствует урав-нению (6.13) пунктирные кривые соответствуют влиянию температуры на диффузию, не сопровождающуюся химической реакцией, и на реакцию, не сопровождающуюся диффузией

Диффузионный режим осуществляется в тех случаях, когда условия благоприятствуют протеканию химической реакции, а перенос массы замедлен, как, например, при высоких температурах и давлениях и при малых скоростях газового потока. Кинетическая область наблюдается при низких температурах и давлениях и при высоких скоростях потока. В промежуточных случаях можно пользоваться уравнением [c.96]

Трактовка Франк-Каменецкого еш,е довольно осторожна, особенно если сравнить ее с трактовками других авторов (см., например, работы [12] или [35]), определяюш их диффузионную область как область, в которой скорость массопередачи значительно ниже скорости химической реакции. [c.15]

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]

Селективность при параллельных реакциях. Совсем иной характер носит влияние диффузионного торможения на процесс, включающий параллельные реакции. В этом случае и в диффузионных областях истинная химическая кинетика реакций на новерХ ности может остаться единственным фактором, определяющим селективность [c.144]

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]

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]

Кинетика цепной химической реакции, ее скорость и средняя длина цепи, естественно, находятся в прямой связи с условиями протекания реакции. Здесь мы ограничимся случаем, когда цепи зарождаются в объеме, но обрыв цепей происходит как в объеме, так и на поверхности. При этом будем считать, что объемный об]1ыв цепей следует линейному закону и что реакция протекает в диффузионной области. В этом случае для плоского реакционного сосуда (одномерная задача) при справедливом для диффузионной области равенстве нулю коицептрации активных центров у поверхности реакционного сосуда средняя длина цепи [c.209]

Быстрое сгорание кокса на образце, содержащем железо, обусловлено характером распределения кокса по сечению частицы катализатора. На этом катализаторе кокс в основном откладывается в периферийных солях частицы, в связи с чем средняя необходимая глубина проникновения кислорода в зону горения уменьшается. Это способствует улучшению регенерации катализатора в диффузионном режиме горения. Таким образом, в диффузионной области горения металлы, за исключением железа, почти не влияют на скорость выжига коксовых отложений. Полученные данные являются закономерными, так как в этой области скорость регенерации определяется скоростью подвода кислорода к зоне горения и отвода продуктов реакции из этой зоны, а не скоростью протекания химической реакции. [c.167]

Необратимая реакция, протекающая в диффузионной области. Пусть реакция между веществом и вмещающими породами необрати.ма — реакция (5.44). Если по-прежнему считать, что перенос вещества потоком больше, чем диффузией, то гео.химическая миграция описывается системой уравнений (6.92) и (5.61) при определенных начальных и граничных условиях. Легко видеть, что уравнение кинетики (5.61) представляет собой частный случай уравнения (5.53) при Ф (i) = V = onst. [c.140]

При весьма быстрых химических реакциях наиболее медленными стадиями гетерогенного каталитического процесса оказываются диффузионные процессы подвода и отвода вещества к внешней и внутренней поверхностям катализатора. Реакция, как говорят, протекает Во внешней или внутренней диффузионных областях. Кинетика реакций, протекающих в диффузионных областях (макрокинетика), разработана в последние годы в основном советскими исследователями (Г. К. Боресков, Я. Б. Зельдович, С. Я. Пшежец-кий идр.). [c.818]

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]

Скорость суммарного процесса определяется наиболее медленной стадией. Необходимо отметить, что в общем случае ионообменные сорбционные процессы, используемые в технологии урана, определяются главным образом диффузионной кинетикой химическая реакция обмена рюнов, как правило, не лимитирует суммарного процесса. В отношении же соотношения скоростей процессов внешней и внутренней диффузии мнения различных исследователей расходятся. Наиболее вероятной следует считать теорию, согласно которой в первые моменты сорбции скорость суммарного процесса определяется скоростью внешней диффузии, а в период завершения скоростью внутренней диффузии. Поэтому при сорбционной переработке сравнительно разбавленных растворов (как это имеет место в технологии урана) определяющей стадией практически можно считать внешнюю диффузию лишь при переходе к более концентрированным урановым растворам значение внутренней диффузии возрастает. На соотношение скоростей этих двух диффузионных процессов оказывает влияние и структура сорбента увеличение числа поперечных связей в скелете ионита способствует переходу процесса из внешнедиффузионной во внутреннедиффузионную область. [c.81]

Наиболее важными для жидкофазного катализа показателями кислот являются растворимости в них изобутана и олефинов. Рс створимость изобутана в Н ЗО невелика и приблизительно в 30 рс 3 ниже, чем в НР. Олефины в этих кислотах расворяются достаточно хорошо и быстро. В этой связи концентрация изобутана на поверхности раздела фаз (эмульсии типа углеводород в кислоте) Нс1 много меньше концентрации олефинов, что обусловливает боль — ш/ю вероятность протекания реакций полимеризации олефинов. Э о обстоятельство, а также высокие значения плотности, вязкости и поверхностного натяжения кислот, особенно Н ЗО , обусловливает протекание реакций С —алкилирования в диффузионной области с лимитирующей стадией массопереноса реактантов к повер — хиости раздела фаз. Для ускорения химических реакций С —алки — ЛР- рования в среде Н 50 и НР необходимо интенсифицировать п юцессы перемешивания и диспергирования реакционной массы с целью увеличения поверхности раздела кислотной и углеводородной фаз. [c.140]

Таким образом, в этом случае сопротивление диффузии определяет скорость превращения, и процесс проходит в диффузионной области. Когда же коэффициент массоотдачи О/г велик по сравнению с константой скорости химической реакции к D z к), уравнение (VIII-172) приобретает вид [c.248]

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]

Таким образом, с помощью формулы (6.51) и значений Ф , определяемых зависимостью (6.60), процесс хемосорбщ1и может бьггь рассчитан как в смешанной, так и в диффузионной областях протекания химической реакции. [c.271]

Кинетическая м 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 oбнapyжиtь, 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]

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]

При достаточно низкой температуре наиболее медленной стадией всех подобных процессов, по-видимому, является химическая реакция на поверхности. Однако, прежде чем эта реакция окажется возможной, газ должен продиффундировать к поверхности он должен продиффундировать через твердый продукт реакции (окись цинка в последнем примере) или через другие газы, присутствующие в системе (как в случае каталитической реакции или твердофазной реакции с выделением газообразных продуктов). Следовательно, во всех случаях диффузионный процесс должен предшествовать химической реакции. При этом должен происходить также и процесс обратной диффузии, следующий за химической реакцией, в тех случаях, когда образуются газообразные продукты. Так как температурный коэффициент для диффузии обычно значительно меньше, чем для химической реакции, диффузионные процессы при достаточно высоких температурах протекают существенно медленнее, чем поверхностные реакции, что и приводит к переходу в диффузионную область. В результате кривая выделения тепла приобре- [c.169]

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]

Франк-Каменецкого не являются абсолютно точными. Согласно трактовке Франк-Каменецкого [321, диффузионной называется область, в которой скорость суммарного процесса всецело опредвг ляется скоростью диффузии, а кинетической — область, в которой скорость суммарного процесса всецело определяется скоростью химической реакции и не зависит от условий диффузии. [c.15]

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]

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]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология