Кинетическая область химической реакци

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

Уменьшение кинетических сопротивлений химической реакции. Для максимального использования аппаратуры, в которой процесс проходит в кинетической области, нужно стараться снизить сопротивление химической реакции. Проявлением этих сопротивлений является энергетический барьер (см. раздел УП1), определяющий энергию активации. Понижение энергетического барьера, а следовательно, и уменьшение энергии активации позволяет ускорить реакцию. Этого можно достичь изменением пути перехода от исходных веществ к продуктам, т. е. изменением механизма реакции. Наиболее часто в этих целях используются катализаторы. [c.416]

Обычно лимитирующей стадией каталитического крекинга является собственно химическая реакция на поверхности (кинетическая область протекания реакции). В некоторых случаях для цеолитсодержащих катализаторов при неудовлетворительной пористой структуре матрицы скорость процесса лимитируется диффузией реагентов в порах (внутридиффузионная область протекания реакции). Так, по данным [39], для образцов промышленного шарикового цеолитсодержащего катализатора Цеокар-2 размером пор 3,8—4,0 нм наблюдался переход реакции во внутридиффузионную область при 47 "С с соответствующим снижением кажущейся энергии активации крекинга исходного снрья- 46.fr до [c.105]

Лимитирующей стадией каталитического крекинга является химическая реакция на поверхности — в кинетической области протекания реакции. В случае применения цеолитсодержащих катализаторов, имеющих разветвленную пористую структуру, скорость процесса может лимитироваться диффузией реагирующих молекул в порах катализатора (внутридиффузионная область). Каталитический крекинг углеводородов является необратимой реакцией первого порядка. [c.95]

Не следует противопоставлять химическую кинетику и химическую термодинамику. На основе термодинамических закономерностей проектировщик, инженер или исследователь устанавливает в целом наиболее благоприятную, с точки зрения выхода целевого продукта, область протекания химических реакций. Химическая же кинетика позволяет в термодинамически разрешенной области рассчитать концентрации (не равновесные, а кинетические) продуктов реакций, материальный баланс, геометрические размеры реакционных аппаратов и оптимизировать технологические параметры процессов. [c.15]

Особенностью гетерофазных реакций является необходимость переноса вещества из одной фазы в другую за счет массопередачи, одновременно с которой происходит сама химическая реакция. С подобным явлением мы уже встречались при гетерогенном катализе, но в данном случае математическое описание процесса существенно изменяется и нередко усложняется. В зависимости от относительных скоростей массопередачи и химической реакции здесь также имеются несколько областей протекания реакции 1) кинетическая, когда химическая реакция идет много медленнее массопередачи 2) диффузионная, в которой самым медленным является процесс переноса вещества 3) переходные области, характеризующиеся сравнимыми скоростями химической реакции и массопередачи. [c.192]

Отсюда следует, что кинетические закономерности химических реакций можно изучать, только освободив их от маскирую-Dj,oro влияния диффузии, т. е. переведя процесс в кинетическую область. [c.278]

Понятие меры завершенности химических реакций и химических инвариантов. Для снижения размерности системы дифференциальных уравнений кинетической модели, т. е. для представления ее в виде совокупности дифференциальных и алгебраических уравнений, вводится понятие химических инвариантов, которые являются линейными функциями от концентраций компонентов реакции и постоянны как в области нестационарного, так и стационарного протекания реакции. Химические инварианты изменяются только в случае, если в реакционной системе появляются новые химические реагенты или видоизменяются структурные виды. Химические инварианты для системы кинетических дифференциальных уравнений являются ее первыми интегралами. Следовательно, используя т = рГ Л химических инвариантов, удается понизить размерность системы дифференциальных уравнений на т, что существенно уменьшит время расчетов на ЭВМ. Аналогично если кинетическая модель представляется в виде системы нелинейных алгебраических уравнений, то совокупность т химических инвариантов также позволит снизить ее порядок па т. Отсюда следует, что для идентификации кинетической модели не обязательно анализировать изменения концентраций всех N химических реагентов, можно ограничиться анализом только N — [c.243]

Так как значительное число промышленных процессов основного органического и нефтехимического синтеза протекает в гетерофазных системах, особенно часто в системах газ-жидкость или жидкость-жидкость, то для протекания химических реакций необходимо обеспечить межфазный перенос вещества. При этом в зависимости от относительных скоростей массопередачи и химической реакции процесс может протекать в различных областях кинетической, когда химическая реакция идет много медленнее процесса массопереноса диффузионной, в которой самым медленным является процесс переноса вещества переходной области, характеризующейся сравнимыми скоростями химической реакции и массопереноса. [c.116]

Таким образом, кинетические характеристики химических реакций в плазменной струе нечувствительны к изменению начальной скорости газового потока. Вариации начальных скоростей газа меняют лишь пространственные масштабы процесса, позволяя изменять расстояния между частями реактора, которые обогащены различными веществами, участвующими в реакции. Например, максимум концентрации ацетилена во всех трех случаях (ио1 = = 300 м сек, Уо2 = 500 м/сек и Иоз = ЮО м/сек) расположен в точках, координаты которых (2 1 = 21 см, 2 2 = 36 см и 2, з = = 8 см) существенно отличны одна от другой. В то же время максимум концентрации этилена во всех трех случаях находится в точках, координаты которых = 0,1—0,5 см) различаются относительно мало. Следовательно, с возрастанием начальной скорости газа расстояние 2 — 2 между областями плазменной струи, обогащенными этиленом и ацетиленом, возрастает. Это может оказаться полезным для управления процессом, так как, меняя начальную скорость газа, можно управлять степенью пространственного разделения участков плазменной струи, обогащенных различными веществами, которые участвуют в реакции. [c.36]

Таким образом, влияние процессов переноса вещества в газовой фазе может существенно изменять наблюдаемые кинетические закономерности химической реакции. Особенности наблюдаемой кинетики реакций, тормозящихся диффузией в газовой фазе, как и возможности расчета влияния диффузионного торможения и характеристики истинных кинетических закономерностей, были проиллюстрированы на некоторых примерах. Принципиальное значение имеет тот факт, что, несмотря на своеобразие поведения реакций различных кинетических типов, можно выделить ряд общих особенностей и с этим разграничить предельные области внешнедиффузионную, внутридиффузионную и кинетическую и соответствующие переходные области. [c.84]

Таким образом, анализируя макрокинетику реакции гидрирования карбида железа, мы столкнулись с заметным влиянием внешнедиффузионного торможения. Заметим, что в непроточном реакторе это влияние было бы выражено значительно сильнее. В проточном реакторе влияние внешнедиффузионного торможения оказалось возможным устранить за счет увеличения линейных скорост ей газового потока, причем границы кинетической области протекания реакции зависели от условий эксперимента (температуры, давления водорода, реакционной способности образцов). Остальные стадии процессов переноса вещества к поверхности раздела твердых фаз протекают значительно быстрее химической реакции на этой поверхности. Поэтому наблюдаемая скорость процесса гидрирования карбида железа определяется скоростью стадии собственно реакции на поверхности раздела твердых фаз и равновесиями предшествующих ей физических стадий. При достаточно высоких линейных скоростях газового потока реакция гидрирования карбида железа протекает в кинетической области. [c.184]

Слово анализ в заглавии книги характеризует наш метод. Это значит, что мы хотим разделить рассматриваемый предмет на составные части и исследовать взаимоотношения этих частей. Вслед за анализом возникают многочисленные задачи синтеза, служащие для расчета химических реакторов. Основная же наша цель — понять структуру предмета. Поскольку мы стремимся изучить поведение химических реакторов (а они создаются для проведения химических реакций), нам следует начать с установления общих принципов описания химических реакций. Здесь, на границе нашей области, лежит соседняя область чистой химической кинетики. Предметом химической кинетики является исследование механизма химических реакций на молекулярном уровне. Для наших целей достаточно взять только результаты кинетических исследований. Наш подход к собственно химической реакции будет чисто феноменологическим. При таком подходе основная роль отводится стехиометрии и термостатике, так как все возможные изменения состояния системы обусловлены ограничениями, налагаемыми стехиометрией и термодина- [c.7]

Полученные к настоящему времени экспериментальные данные о кинетической остановке химических реакций при низких температурах можно объяснить следующим образом. При действии ионизирующей радиации, например, на кристалл мономера в шпорах образуются различные активные промежуточные частицы, в результате взаимодействия которых с молекулами мономера, полимера и друг с другом происходит полимеризация. В момент своего образования первичные активные частицы обладают большой избыточной энергией по сравнению с той энергией, которую они имеют при тепловом равновесии с окружающей средой. Калориметрический метод характеризует изучаемый образец в целом, а физико-химические свойства микросреды в областях, где происходит полимеризация, могут отличаться от свойств всего образца. Кинетическая остановка полимеризации при понижении температуры может объясняться тем, что соотношение между >нин скоростью выделения энергии в результате первичных процессов и скоростью ее диссипации таково, что становится возможным образование в образце микрообластей, подвижность частиц в которых в течение некоторого времени значительно выше, чем в матрице. Инициируемая у-излУчением цепная реакция полимеризации происходит именно в этих микрообластях, которые можно понимать как достаточно большие совокупности частиц с макроскопическими физико-химическими свойствами. Области возникают в результате действия излуче- [c.225]

Составляя программу на основе дан№ых, полученных иссле-дователями в предварительных опытах, объединенная группа решила, что для составления кинетической модели будет достаточно результатов пяти изотермических статических опытов. Эти данные были представлены на графиках изменения состава реакционной смеси во времени. Затем на основе первоначального изучения указанных данных группа системотехники установила характеристики, которые должны соблюдаться при любом предполагаемом механизме реакции, что сузило область исследования от многих возможных схем до двух наиболее вероятных. Эти схемы включают химические реакции дифференциальные уравнения, определяемые механизмом предположения относительно природы промежуточных продуктов и стехиометрические соотношения между реагентами. [c.37]

Перемешивание влияет также и на течение гетерогенной реакции. Характер процесса во многих случаях зависит от начальной концентрации компонентов. Весь ход гетерогенной химической реакции существенно зависит от интенсивности массообмена и скорости подачи реагирующих компонентов. Как известно, результирующая скорость всего процесса определяется скоростью самой медленной элементарной стадии. Если реакция протекает в кинетической области (скорость реакции значительно меньше скорости подвода исходных материалов и отвода продуктов), то перемешиванием обеспечивается одинаковая во всем объеме концентрация взаимодействующих веществ, что улучшает реакционные возможности процесса. В гетерогенных жидкофазных реакциях обрабатываются суспензии или [c.97]

Основой для построения математической модели каталитического превращения реагентов в химическом реакторе служит кинетическая модель химических реакций, протекающих на поверхности катализатора. Зная функциональную зависимость скорости химической реакции на поверхности катализатора от состава реакционной смеси и температуры, можно вычислить скорость реакции, отнесенную к единице объема катализатора, и селективность превращения ключевого компонента в целевой продукт. Эти две величины — важнейшие для характеристики эффективности промышленного катализатора. Уравнения макрокинетики являются составной частью математической модели химического реактора, которая на стадии проектирования используется для расчета оптимального технологического режима работы реактора и его конструктивных особенностей, а в процессе эксплуатации реактора — для расчета оптимального режима управления процессом. Другая область применения кинетических моделей — это изучение механизма химических реакций. Анализ моделей позволяет выявить и предсказать поведение эксперимента и существенные стороны механизма реакции при изменении условий эксперимента. Поэтому ясно, насколько серьезной и ответственной задачей является построение кинетической модели каталитических реакций. Вследствие практической важности проблем, возникающих при построении кинетических моделей, им уделяется самое серьезное внимание широкого круга исследователей — теоретиков и экспериментаторов. Этим проблемам посвящена обширная литература. Достижения в области моделирования кинетики обобщены в обзорных статьях и монографиях [5, 30, 31, 65]. В настоящей главе рассматриваются лишь основные методы построения кинетических моделей гетерогенно-каталитических реакций. [c.103]

Для реакции СОз+С, которая в ряде технологических процессов протекает при недостаточно высоких температурах в условиях кинетической или промежуточных областей, где скорость суммарного процесса зависит от кинетических характеристик химических реакций, катализаторы оказывают ускоряющ,ее воздействие на скорость ее течения. [c.158]

Если скорость контактного процесса определяется сопротивлением поверхностной реакции (являющейся результатом последовательных этапов адсорбции исходных веществ, химической реакции и десорбции продуктов), то он проходит в кинетической области. В этом случае скорость такого процесса можно описать кинетическими уравнениями поверхностной реакции. В зависимости от принятых теоретических предположений вид этих уравнений может быть различным. [c.281]

Монография посвящена оригинальным исследованиям автора в области рециркуляционных процессов, имеющих фундаментальное значение во всех отраслях химической технологии. Теория рециркуляции, в разработку которой автором сделан значительный вклад, вводит в химическую технологию новые принципы. Она открывает новые пути наилучшего использования кинетических возможностей химической реакции. [c.2]

В этой области интенсивность процесса, примерно одинаковая во всем объеме слоя, с достаточной точностью определяется кинетическим уравнением химической реакции. В общем виде это уравнение имеет вид [c.302]

Система уравнений (5.19), называемая основной системой кинетических уравнений, описывает динамику химической реакции как в стационарной, так и в нестационарной областях ее протекания. Размерность (5.19) равна М, так как она определяется размерностью вектора молекулярных видов М . При этом количество дифференциальных уравнений в системе может быть понижено с использованием химических инвариантов реагирующей системы. [c.245]

В интересующей нас области энергий уже нельзя отделить физическую кинетику 1 от кинетики химической. Если скорость химической реакции превышает частоту обычных столкновений с обменом энергией, происходит отклонение от равновесных условий. Это может привести к искажению равновесного максвелл-больцмановского распределения по энергиям и уменьшению доли его высокоэнергетической части из-за происходящих реакций. Этот хвост распределения не может быть восполнен за счет столкновений с обменом энергией, поскольку такие столкновения слишком редки. При этом принципы, лежащие в основе простой кинетической теории химических реакций и теории абсолютных скоростей реакций, будут нарушаться. Общее решение вопроса о том, насколько сильно химическая реакция искажает функцию распределения, еще не получено. Однако в некоторых конкретных случаях вопрос этот исследовался. Так, в [152] методом Монте-Карло изучено влияние быстрой химической реакции на максвелл-больцмановское распределение и обратное влияние возникшего распределения на скорость реакции. [c.99]

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]

Концентрации исходного вещества в ядре потока и на межфазной поверхности приблизительно одинаковы, и диффузия не оказывает влияния на скорость превращения, которая обусловлена сопротивлением химической реакции. Это — так называемая кинетическая область протекания процесса. [c.248]

Уравнения ( 111-168) — ( 111-175), полученные для случая когда на межфазной поверхности происходит реакция первого по рядка, указывают на то, что в кинетической области скорость пре вращения таким же образом зависит от некоторых параметров как скорость химической реакции на поверхности. Влияние темпе ратуры в данном случае можно выразить уравнением Аррениуса т. е. зависимость будет иметь экспоненциальный характер. Ско рость превращения в этой области не зависит от скорости движе ния потока через систему. [c.248]

Возможность повышения движущей силы химического превращения рассмотрим на примере реакции синтеза аммиака, проходящей в присутствии катализатора в кинетической области согласно данным табл. 1Х-3 [c.349]

Отмечается, что наблюдаемые закономерности реакции, протекающей во внешнедиффузионной области, не связаны с механизмом и кинетическими параметрами собственно химической реакции. Поэтому для получения информации [c.73]

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]

В данной главе изложены методы расчета степени извлечения и высоты прямо- и противоточных колонн при протекании необратимых и обратимых химических реакций в сплошной фазе с учетом продольного перемешивания. Методы разработаны в основном дпя потока сферических частиц, применительно к барботажным, распылительным и тарельчатым колоннам. Исключение составляет раздел 7.1, в котором рассматриваются методы расчета процессов в кинетической области, применимые дпя любого типа колонных аппаратов. [c.286]

Процесс протекает в кинетической области в том случае, когда скорость массопередачи при м симальной движущей силе много больше скорости химической реакции и скорости конвективного переноса экстрактива из зоны реакции. Движущая сила максимальна, когда концентрация экстрактива в сплошной фазе равна нулю. В этом случае количество экстрактива, поступающего в колонну в единицу времени в элементе высоты колонны /г [c.293]

Процесс протекает в кинетической области, когда скорость массопередачи при максимальной движущей силе будет много больше скорости химической реакции и скорости уноса экстрактива из зоны реакции. [c.294]

При изменении температуры на 10° С скорость диффузии, как показывает опыт, изменяется приблизительно в 1,2 раза, а скорость химической реакции — в 3—4, раза. Поэтому при понижении температуры скорость химической реакции убывает быстрее, чем скорость диффузии, и прн низких температурах процесс чаще протекает в кинетической области. [c.312]

Внутренняя кинетическая область. При гаком режиме процесса концентрации веществ в объеме, на поверхности катализатора и внутри пор одинаковы. Кинетика процесса в целом также определяется кинетикой химической реакции. [c.316]

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]

Максимальная скорость превращения /г-ксилола в ТФК о беспечивается подбором активных катализаторов, нахождением оптимальных параметров реакции (температура, давление, концентрации реагентов и т. д.). Кроме того, условия проведения реакции должны обеспечить и максимальный выход целевого продукта. Всего этого можно достигнуть, если скорость реакции окисления не осложняется диффузионными факторами и расчет реактора может быть проведен по установленным кинетическим параметрам. На лабораторных и опытных установках такие условия создаются относительно легче, когда парциальное давление кислорода и интенсивность перемешивания Р еактантов перестают влиять на скорость химической реакции. Однако при переходе от лабораторных (опытных) к промышленным реакторам, когда масштаб изменяется с 10 до 100, обеспечить кинетическую область протекания реакции жидкофазного окисления алкилароматических углеводородов, в частности /г-ксилола, значительно сложнее и воспроизвести результаты и приемы лабораторных экспериментов не всегда возможно. [c.66]

Аномальное повышение скорости процесса деструкции может быть обусловлено увеличением доступности химически нестойких связей вследствие изменения физического состояния полимеров (сорбция агрессивных сред понижает температуру стеклования), а также увеличением скорости процесса, протекающего во внешней диффузионно-кинетической области (для реакций, протекающих по механизму А-1 с увеличением концейтрации кислоты Лд э>Скат)- [c.284]

При таком режиме реагирования скорость суммарного процесса целиком определяется только скоростью химической реакции, поэтому область, где Сг = С = Сц, принято называть чистокинетической или внутреннекинетической. При проведении реакции в этой области можно экспериментально определять кинетические параметры химической реакции, поскольку диффузионное торможение не искажает действительной картины 178 [c.178]

Область гетерогенного реагирования, для которой справедливы эти уравнения, называется чисто кинетической областью только в ней можно экснериментально, с практически достаточной точностью исследовать кинетические характеристики химических реакций. В чисто кинетической области интенсивность реагирования при х и Гс = onst пропорциональна весу реагирующего материала (ири Fp Fa) и не зависит от размера слоя материала и от гидродинамических условий реагирования. [c.302]

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]

Если скорость химической реакции значительно меньше, чем скорость диффузии, то скорость процесса в целом будет определяться. скоростью хй-миче-ской р еакцив,-,В этом случае процесс лежит в кинетической области и описывается уравнение м [c.312]

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]

Чрезвычайно показательно, что кинетическая модель реакции и описанное поведение системы в области атмосферных давлений и температур 1000 К в реальных условиях в значительной мере определяет гидродинамический механизм воспламенения и горения газа в детонационных волнах. Многочисленные экспериментальные наблюдения и теоретический анализ течения газа в зоне химической реакции, инициируемой нагревом газа за ударным фронтом плоской детонационной волны, показывают, что одномерная и стационарная схема течения в такой зоне неустойчива. На практике реализуется локально нестационарная и многофронтовая модель детонационного горения 1119, 1521, в которой термическое состояние ударно нагретого газа варьируется в достаточно широких пределах — от 900 до 3000 К вместо 1800 К, характерных для стационарной детонационной волны Чепмена — Жуге. Это изменение температуры обычно представляется в виде непрерывного распределения вдоль искривленного [c.305]

На втором этапе ППР синтеза кинетической модели опытным химиком-экспериментатором или группой квалифицированных специалистов в области гетерогенного катализа гипотезы выдвигаются на основании а) литературных данных об изучаемом процессе или его аналогах б) результатов начальной группы экспериментов в) личного опыта и интуиции исследователя. Необоснованно выбранная или неполная система гипотез о механизме реакции не может привести к построению адекватной модели химической реакции. Для успеха дискриминации важно, чтобы среди гипотез был и истинный механизм реакции или его разумное упрощение. В то же время практика показывает, что экспериментатор, исходя из интуитивных соображений, не всегда может выбрать достаточно полную систему конкурирующих гипотез, особенно для Д1н0г0стадийных химических реакций. В связи с этим большое значение приобретают формализованные методы построения совокупности конкурирующих гипотез. К таким методам относятся стехиометрический анализ реагирующих систем [1, 2], дедуктив- [c.170]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология