Межфазный перенос при химической реакции

На первом уровне рассматриваются процессы, протекающие в единичном структурном элементе — поре — с учетом ее реальных геометрических характеристик и их влияния на процессы переноса. Элемент характеризуется коэффициентами переноса, константами скорости химических реакций, адсорбции, энергиями активации, условиями возникновения межфазных границ и т. д., для него должны быть определены внешние условия — температура, давление, концентрации исходных веществ и продуктов и др. В средах с неоднородной пористой структурой, характеризующейся распределением пор по размерам, учитывается также влияние неравномерности распределения размеров пор на характер протекающих в них процессов. [c.141]

Выше были перечислены пять групп факторов, которые оказывают влияние на работу гетерогенного реактора. (Очевидно, что скорость и направление процессов каждой из групп зависит от скорости п направления всех остальных процессов. Однако наиболее типичной для химического реактора является взаимосвязь химических и массообменных процессов. Для того чтобы наглядно показать тесную связь химического взаимодействия и процессов межфазного переноса в гетерогенных реакторах для систем жидкость — жидкость пли жидкость — газ, рассмотрим простейшую реакцию первого порядка по переходящему компоненту в изотермическом реакторе идеального (полного) вытеснения. [c.13]

Таким образом, при любом количестве переходящих реагентов и любом порядке реакции имеет место достаточно жесткая связь между скоростью межфазного переноса каждого пз переходящих реагентов и скоростью его расходования в процессе химического превращения. Связь эта определяется взаимозависимостью движущих сил химической реакции и массопередачи. [c.14]

Следует еще остановиться на определении величины — межфазного коэффициента массопередачи в уравнении (10.11) — применительно к суспендированному катализатору. Поскольку в процессах с гетерогенным катализатором реакция идет на поверхности последнего, то перенос массы на границе фаз протекает в отсутствие-химической реакции. Поэтому для определения значения коэффициентов межфазного переноса в аппаратах с суспендированным катализатором, где велика доля жидкой фазы, инертной в отношении химической реакции, очевидно, можно пользоваться формулами для расчета межфазного массообмена, приведенными в гл. 12 настоящей книги. [c.188]

Полагая Ф = я в (1.42) и учитывая соотношения Гиббса (1.57), получим выражение субстанциональной производной 08101 для энтропии двухфазной многокомпонентной среды, в которой протекают химические реакции и процессы межфазного переноса [c.55]

Скорость процесса хемосорбции определяется как скоростью химической реакции, так и величиной коэффициента массопередачи, который может быть рассчитан по одной из рассмотренных выше теорий межфазного переноса (пленочная теория, теория обновления поверхности контакта фаз, теория межфазной турбулентности и т. д.). [c.166]

Обозначения Т, Гщ, Го — температуры слоя, на входе в слой и начальная с, Сщ, Со — соответствующие значения концентрации реагента в газовой смеси в слое на входе и начальное ц — линейная скорость потока газовой смеси, отнесенная к полному сечению слоя W T, с) —скорость химической реакции АГа — адиабатический разогрев смеси при полной степени превращения I, L —текущая и общая длина слоя катализатора Я — эффективный коэффициент продольной теплопроводности слоя Сел — средняя объемная теплоемкость слоя катализатора Ср — средняя объемная теплоемкость реакционной смеси е — пористость слоя катализатора у = = Ср + Ссл D — эффективный коэффициент диффузии реагента в газовой смеси. Эта модель удовлетворительно описывает процессы в адиабатическом слое катализатора при таких предположениях градиенты температур внутри зерен катализатора незначительны химические процессы па внутренней поверхности зерен и диффузионные процессы внутри пористых зерен квазистационарны по отношению к процессам переноса в газовой фазе процессы межфазного тепло- и массообмена настолько интенсивны, что температура и. концентрация реагента в твердой и газовой фазе неразличимы. [c.100]

В некоторых случаях перед стадией перехода электрона через межфазную границу или после нее вблизи поверхности электрода протекает химическая реакция если такая гомогенная химическая реакция имеет не очень большую скорость, то она накладывается на процессы переноса вещества к электроду или от него. Теория таких процессов достаточно сложна и здесь не рассматривается. [c.335]

При рассмотрении задач диффузии, сопровождаемой конвективным переносом вещества и объемными химическими реакциями во внешнем потоке и внутри капли (пузыря) в отсутствие гетерогенных превращений на межфазной поверхности, в качестве граничного условия на [c.12]

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]

Поскольку в аппаратах с твердым катализатором реакция идет на поверхности последнего, то перенос массы на границе фаз протекает в отсутствие химической реакции. Поэтому для определения значений коэффициентов межфазного переноса в аппаратах с суспендированным катализатором, где велика доля жидкой фазы, инертной в отношении химической реакции, можно пользоваться формулами, принятыми для расчета чисто массообменных аппаратов, например из [5]. Для неподвижного слоя катализатора за неимением более точных и обоснованных выражений в первом приближении, видимо, можно использовать формулу (7) для расчета коэффициентов межфазного переноса при наличии химической реакции. Тогда будут получены нижние значения коэффициентов массопередачи, поскольку здесь не учитывается увеличение градиента концентраций между жидкостью и газом, получаемое за счет протекания химической реакции на катализаторе, объем которого сравним с объемом жидкой фазы. [c.82]

Из рис. 7 следз-ет, что некаль ВХ увеличивает общую высоту единиц переноса, а частная высота постоянна и равна высоте единиц переноса при экстракции от толуола к воде. Как видно из угла наклона прямых, частная высота единиц переноса для толуоль-ной фазы Нд существенно зависит от поверхностно-активной добавки с 2,75 м при экстракции в направлении толуол -> вода она уменьшается до 0,69 м при экстракции в направлении вода толуол. Такое существенное уменьшение высоты единиц переноса трудно объяснить одним только уменьшением размера капель, наблюдаемым при экстракции от воды к толуолу. Его можно объяснить, например, изменением размера и структуры общего диффузионного сопротивления в результате возникновения межфазного сопротивления вследствие химической реакции (известно, в частности, что бензойная [c.171]

Остановимся здесь на процессах межфазного теплообмена, сопровождающихся химическими реакциями с выделением (или поглощением) теплоты. Выше, на примере каталитических реакций отмечалось, что общее решение задачи о совместном переносе теплоты и массы основного реагента внутри пористой частицы не может быть получено из-за нелинейного характера дифференциальных уравнений (7.14) и (7.15) даже при самых простых, постоянных условиях в окружающей частицу среде (7.17). В движущемся слое переменные значения температур и концентраций сплошной среды и дисперсного мате- риала, во-первых, изменяются во вре- [c.176]

Турбулентная диффузия в свободном потоке, вдали от фазовой границы, — это процесс, посредством которого выходящие из трубы газы рассеиваются в атмосфере и во многих случаях происходит перемешивание, как в турбулентных струях. Перенос между двумя фазами через межфазную границу особенно важен для технологии вследствие того, что он реализуется в большинстве процессов разделения, скажем, при извлечении чистого продукта из смеси. Испарение жидкости из резервуара, насыщение крови кислородом, очищение атмосферы от загрязняющих ее веществ дождем, химическая реакция на поверхности катализатора или в его порах, осаждение слоя вещества при электролизе или электрофорезе, сушка дерева и удаление углерода из стали при продувке воздуха или кислорода —все это примеры массопередачи между фазами. [c.12]

В каждом из этих идеализированных случаев поведения границы раздела фаз упрощение претерпевают первые два члена, стоящие в правой части уравнения (8.5) однако при обсуждении ранее всегда предполагали, что член, учитывающий скорость реакции, отсутствует. Теперь нужно установить, как изменяется выражение для скорости межфазного переноса при появлении члена, характеризующего химическое взаимодействие. Что касается других членов, то допущения остаются теми же. Часто будет удобным, представляя результаты расчетов, находить теоретическое значение коэффициента ускорения 0, которое определим как отношение коэффициента массоотдачи, найденного по данной теории с учетом члена, отражающего химическое вза- [c.342]

Большое распространение в синтезе сульфидов получил метод межфазного катализа (МФК) [7]. При использовании этого метода реагенты находятся в разных несмешивающихся фазах. Перенос одного из реагентов в другую фазу (или к поверхности раздела фаз), приводящий к протеканию химической реакции, осуществляется специальными катализаторами - четвертичными аммониевыми или фосфониевыми солями. Метод МФК позволяет резко повысить ско- [c.65]

Горение отдельной капли. Если имеется возможность исследовать отдельно фундаментальные физико-химические процессы, которые происходят при струйном горении, то целесообразно сосредоточить внимание на горении отдельной капли. В этом случае можно применить очень детальные модели для описания химических реакций, испарения и молекулярного переноса (массы и энергии) в газовой фазе, в капле и на межфазной границе. [c.252]

Многие процессы межфазного переноса связаны с протеканием гомогенных химических реакций. Заметим, что, например, гетерогенную химическую реакцию на поверхности пор катализатора обычно рассматривают как гомогенную во всем объеме зерна катализатора. [c.353]

Количественно процесс понижения межфазной поверхностной энергии рассмотрен А. А. Жуховицким и В. А. Григоряном [99, 100] на основе термодинамики необратимых процессов. Пусть в процессе переноса компонента через межфазную границу или в результате параллельно протекающей химической реакции образу- [c.78]

Граница раздела фаз почти всегда представляет собой особенный случай. Во-первых, переход иона через границу может быть замедленной стадией переноса [3, 8], связанной с химической реакцией (например, комплексообразованием), с перестройкой гидратной оболочки, с преодолением многозарядными противоионами кулоновского барьера (случай модификации поверхности тонким слоем, содержащим фиксированные ионы с зарядом того же знака, что и заряд противоионов) и др. В этом случае высота потенциального барьера может быть значительно выше, чем при переносе в объеме фазы, а межфазный скачок потенциала, необ- [c.149]

Целью данной работы является получение и анализ в линейном приближении дисперсионного уравнения для определения условий нейтральной устойчивости и скорости развития термокапиллярной неустойчивости или неустойчивости Марангони в закритической области для нестационарного процесса теплопереноса в системе газ-жидкость. При этом время для нестационарного процесса становится важным параметром, определяющим условия потери устойчивости. Рассматривается тепловой поток из полубесконечного слоя жидкости в газовую фазу. Перенос в газовой фазе учитывается с помощью соответствующего параметра граничного условия. Эта задача может рассматриваться как модельная, поскольку с физической точки зрения для данного процесса необходимо также рассматривать потерю устойчивости по отношению к плотностной конвекции (неустойчивость Релея). Преимуществом выбранной постановки является то, что все параметры задачи имеют ясный физический смысл и могут быть определены из независимых экспериментов в отличие от моделей хемосорбционных процессов. Полученные результаты могут быть сравнены с соответствующими результатами анализа неустойчивости Релея для установления условий, при которых определяющую роль играет именно неустойчивость Марангони [7], и, кроме того, данная постановка задачи легко обобщается на процессы межфазной диффузии, в том числе сопровождающиеся гетерогенными химическими реакциями. [c.138]

Присутствие катализатора К не меняет точку равновесия реакпии, а изменяет скорость достижения этого равновесия. Как упоминалось, в присутствии катализатора сопротивление реакции шунтируется параллельным контуром с малым сопротивлением реакции. В данном случае диссипация химической энергии по мере приближения к состоянию химического равновесия учитывается многосвязным диссипативным Л-иолем. Прп этом па связях Д-поля возникает одпнаковая потоковая переменная и происходит накопление промежуточного активированного комплекса (АК). Такое распределение силовых е-переменных и потоковых /-переменных характерно для слияющих структур типа 1- и 0-узлов, и это позволяет перейти от Я-псля к эквивалентному диаграммному комплексу, состоящему из 1- и 0-узлов и односвязных диссипативных Л-элементов (рис. 5.9). Здесь элементы ТВ и Гд отражают конкретный механизм межфазного переноса, элемент 5 с нижним индексом компонента символизирует источник (сток) этого компс-нента, один верхний штрих обозначает жидкую фазу, два штриха — газовую. [c.228]

К третьему уровню иерархии ФХС (рис. 1.1) можно отнести следующие явления [1, 20, 21 ]. Элемент дисперсной фазы (пузырь, капля), в котором протекают химические реакции как в объеме, так и на межфазной границе, движется в объеме сплошной фазы под действием сил Архимеда, инерционных сил и сил сопротивления, подвергаясь одновременно воздействию механизма переноса массы (ПМ), энергии (ПЭ) и импульса (ПИ) через границу раздела фаз в направлении 1 2. В качестве исходной причины возникновения межфазных потоков субстанций, обусловливающей всю совокупность явлений, составляюпщх механизм межфазного переноса, естественно принять неравновесность гетерогенной [c.26]

Как видно из (1.63), (1.64), по сравнению с перекрестными эффектами, развивающимися в однофазных системах [42] (например, эффекты Соре, Дюфура и др.), в случае многофазных многокомпонентных систем (с химическими реакциями, фазовыми превращениями, тепло- и массообменом), подчиняющихся модели взаимопроникающих континуумов, спектр перекрестных эффектов значительно расширяется. Так, на величину диффузионных и тепловых потоков в пределах фазы оказывает влияние относительное движение фаз (коэффициенты ап зи > / 2п+зд)- Поток тепла 5,12) между фазами определяется не только разностью температур фаз, но и движущими силами межфазного переноса массы (коэффициенты i,2jv+2.....2Л42П+1) и химических превращений (коэффициенты, 121 > 2jv+i). Скорость транспорта вещества к-то компонента между фазами определяется прежде всего движущей силой межфазного массопереноса, состоящей из трех частей разности потенциалов Планка (V-ik [c.59]

A.A. Жуховицкий предложил следующий механизм сажо-эмулъгирования жидкостей. На границе раздела двух жидких фаз при взаимодействии двух веществ, каждое из которых растворимо только в одной из соприкасающихся фаз, образуется поверхностно активное соединение. Протекающая в существенно неравновесных условиях адсорбция образующегося вещества способна приводить к резкому снижению поверхностного натяжения и самопроизвольному диспергированию одной из фаз в другой. По завершении химической реакции образования на межфазной поверхности ПАВ, скорость его адсорбции по мере приближения к равновесным условиям падает, вследствие чего поверхностное натяжение может снова возрасти. Исходя из такого механизма был предложен следующий метод получения устойчивых эмульсий. Раствор ПАВ в дисперсной фазе, растворимый в обеих контактирующих жидкостях, интенсивно перемешивается с чистой дисперсионной средой. При этом происходит перенос ПАВ через межфаз-ную поверхность, что вызывает турбулизацию поверхности и приводит к образованию наряду с более крупными каплями (эмульсии) большого числа очень маленьких капелек (микроэмульсии), оказывающих стабилизирующее действие на систему. [c.17]

Больщой класс задач составляют задачи о течениях с гетерогенными реакциями на твердых и межфазных поверхностях, в частности мембранах, процессы растворения и осаждения вещества из раствора или расплава и т. п. Гетерогенные реакции состоят из нескольких этапов. Первым этапом, называемым транспортным, является доставка реагирующего компонента к реагируе-мой поверхности. Второй этап состоит из самого процесса химической реакции па поверхности. Этот этап в свою очередь может состоять из нескольких этапов, включающих дифузию реагирующего вещества через стенку или поверхностный слой, адсорбцию вещества па поверхности, химическую реакцию, десорбцию продуктов реакции и их диффузию из стенки или поверхностного слоя. Третий этап заключается в переносе продуктов реакции в толщу потока. Каждый этап определяется своим характерным временем. Этап, обладающий наибольшим характерным временем, будем называть лимитирующим этапом, а соответствующий ему процесс — контролирующим. В случае, если лимитирующим является первый или третий из перечисленных выше этапов, то соответствующий процесс называется диффузионно контролируемым. Уравнения, описывающие этот этап, [c.92]

Анализ движения зоны реакции показывает, что в большинстве случаев, когда наблюдается межфазная турбулентность, начальная скорость переноса примерно в 2 раза выше предсказанной теоретически. Межфазйая турбулентность наблюдается только в системах с химической реакцией и, возможно, вызывается диффузией продуктов реакции через границу раздела фаз. [c.364]

Двухфазные гетерогенные технологические процессы, как это показано выше, в ряде случаев представляют собой комплекс физико-химических явлений и химических реакций. В общем случае механизм гетерогенных процессов сложнее, чем гомогенных, так как взаимодействию реагентов, находящихся в разных фазах, предшествует их доставка к поверхности раздела фаз и массообмен между фазами, т. е. перенос вещества через межфазную поверхность. Поэтому скорость гетерогенных (нека- [c.123]

Процессы химического характера включают в качестве этапа гомогенный химический процесс, т. е. химические реакции, которые идут в одной из фаз после переноса реагентов через межфазную поверхность. Например, получение варочной кислоты, т. е. раствора состава Са(HS0з)2+raS02-fпНгО, в производстве целлюлозы состоит из следующих этапов [c.132]

Для проведения реакции в гетерогенных реакторах необходим перенос одного или нескольких реагешов через межфазную поверхность и (или) перенос продуктов реакции из зоны собственно химической реакции. [c.551]

Если рассмотренное выше влияние параметров процесса представить в виде зависимости фактора эффективности от модуля Тиле, то можно выделить четыре основные области (рис. 3.4). Это кинетическая область, область, где химические превращения лимитируются внутренней диффузией, область множественности стационарных состояний и, наконец, область внешней диффузии. В кинетической области модуль Тиле мал, наблюдаемая скорость цревращений определяется скоростью хи--мической реакции, и фактор эффективности приблизительно равен единице. По мере увеличения модуля Тиле внутренняя диффузия становится лимитирующей стадией и фактор эффективности становится меньше единицы . В этой области реакция ограничивается наружной частью практически изотермической гранулы. Основная доля общего перепада температуры сосредоточена в пограничном слое вблизи частицы катализатора. Дальнейшее увеличение модуля Тиле переводит процесс в область О, где определяющим является массоперенос через пограничный слой. Большое сопротивление межфазному переносу затрудняет достаточно быстрый отвод тепла от поверхности катализатора. В этой области реакция протекает практически только на на- [c.52]

С помощью описанных методов к настоящему времени накоплен обширный фактический материал, указывающий на то, что массопередача при экстракции неорганических веществ нейтральными, основными и кислыми (в том числе хела-тообразующими) агентами сопровождается рядом межфазных явлений, весьма существенно влияющих на кинетику диффузионного переноса. Речь идет прежде всего о поверхностных химических реакциях, возможность протекания которых учитывается еще не всегда [108, 109]. [c.190]

Катализ межфазного переноса. Этот вид катализа своеобразен и не связан с каким-либо активированием молекул органических веществ. Он открыт совсем недавно, но его уже используют для проведения ряда гетерофазных реакций (гидролиз и щелочное дегидрохлорирование хлорпроизводных, замещение атома хлора в них на другие галогены, ЗОгОЫа-группу и т. д.). Катализаторы межфазного переноса — преимущественно четвертичные аммониевые соединения имеющие в своем составе достаточно длинную алкильную группу и называемые катаминами, например К(СНз)зН+Х , где К содержит 12—18 атомов углерода. Подобные вещества имеют двойственный — лиофильный и гидрофильный — характер, вследствие чего способны растворяться как в водной, так и в органической фазе. Например, при взаимодействии хлорпроизводных с щелочами катализатор в гидроксильной форме переходит в органическую фазу, где и протекает химическая реакция [c.253]

Гетерогенные процессы характеризуются наличием двух или более взаимодействующих фаз, поэтому они протекают с переносом вещества через поверхность раздела фаз. При этом межфазный массопере-нос может быть или самостоятельным процессом, или сопровождать химическое превращение взаимодействующих компонентов. В первом случае происходят чисто физические или физико-химические изменения, такие, как абсорбция, адсорбция, десорбция, кристаллизация, испарение, плавление и т. п., а во втором — химические реакции, осложненные ма.ссообменом. Сами по себе химические реакции могут проходить гомогенно, т. е. внутри одной из фаз или же на границе раздела фаз. На границе раздела фаз протекают реакции между компонентами, один из которых находится в твердой фазе, а другой в газовой, жидкой или отдельной твердой фазе. [c.107]

Естественно, что дополнительные проблемы, связанные с изменением фазового состояния и наличием межфазиых границ, приводят к тому, что эти процессы горения гораздо менее понятны, чем процессы горения в газовой фазе. Дополнительно к процессам, протекающим в газовой фазе (таким как химические реакции и молекулярный перенос, обсуждавшиеся в предыдущих главах), необходимо учитывать похожие процессы в жидкой и твердой фазах и на межфазной границе (например, перенос энергии, массы и импульса). Кроме того, поток обычно бывает турбулентным. [c.251]

Физико-химические процессы, такие как ректификация, абсорбция, экстракция, сушка, гетерогенный катализ, связаны с переносом вешества из одной фазы в другую через их границу т. е. с массопередачей. В обшем случае этот сложный процесс включает перенос вешества в пределах каждой фазы и через границы их раздела. Часто межфазный массоперенос сопровождается химическими реакциями, протекаюшими в объеме или на границе раздела фаз. Перенос массы в пределах одной фазы к границе раздела называют массоотдачей [42]. [c.347]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология