Хіміко-технологічні процеси - складова хімічного виробництва. Кінетичні закономірності гетерогенних хіміко-технологічних процесів (стр. 3 из 3)

,

де Dеф – ефективний коефіцієнт дифузії, що враховує пористість твердої речовини, форму та розмір пор.

Так як шар твердої речовини вчинює опір руху речовини А, то концентрація його біля ядра

, якщо товщина шару твердого продукту невелика, то

,

Таким чином:

Збільшити її швидкість, також як у випадку зовнішньої дифузії можна за рахунок зменшення

- здрібнення твердих частинок.

Поверхнева хімічна реакція

Швидкість хімічної реакції описується законами хімічної кінетики.

де kS – константа швидкості хімічної реакції.

Швидкість хімічної реакції може бути збільшена за рахунок збільшення СА в газовому потоці, що оточує тверді частинки, або збільшення kS з ростом температури згідно рівнянню Ареніуса.

Загальна швидкість гетерогенного процесу.

Представлені вище рівняння дозволяють розрахувати швидкості окремих стадій гетерогенного процесу. Оскільки вони протікають не ізольовано, а у взаємодії друг з другом при визначенні загальної швидкості процесу слід враховувати всі стадії.

В стаціонарних умовах:

Після сумації цих рівнянь одержимо:

Отже загальна швидкість процесу:

У випадку, коли одна зі стадій є обтяженою, а це означає, що її опір перевищує опір інших стадій, швидкість цієї стадії визначає швидкість процесу в цілому. Така стадія називається лімітуюча.

Якщо відомо, яка зі стадій процесу є лімітуючою доцільно проводити розрахунки реакторів використовуючи нижченаведені залежності між часом перебування частинок в реакторі та ступенем перетворення твердого реагенту.

1.Процес лімітується зовнішньою дифузією:

2.Процес лімітується внутрішньою дифузією:

3.Процес лімітується хімічною реакцією:

2.4Гетерогенні процеси в системі газ-рідина

Процеси з участю рідких та газоподібних реагентів широко використовуються. До них відносяться абсорбція та десорбція газів, випарювання та конденсація парів, дистиляція та ректифікація рідких сумішей, піроліз рідин, полімеризація в газах з утворенням рідких полімерів.

Абсорбція – процес поглинання газу рідиною з утворенням розчину, якщо абсорбція супроводжується хімічною реакцією, вона називається хемосорбцією. (Процес абсорбції двооксиду вуглецю розчинами моноетаноламіну у виробництві аміаку). Десорбція - процес зворотній абсорбції – виділення з рідини розчинених в ній газів. На практиці десорбцію називають відгонкою і проводять нагріваючи рідину, або пропусканням через неї інертного газу чи водяної пари. (Процес вилучення двооксиду вуглецю з розчинів моноетаноламіну у виробництві аміаку)

2.5Швидкість процесів в системі газ-рідина

Зручно розглядати на прикладі абсорбції. Якщо процес протікає в дифузійній області, швидкість його визначають за швидкість дифузії:

,

де р та р* - порційні тиски газу фактичний та рівноважний;

F – міжфазна поверхня (поверхня більш важкої фази – рідини);

- коефіцієнт масопередачі, виражений в одиницях порційного тиску.

Швидкість десорбції розраховують за рівнянням:

,

де с та с* - концентрації розчиненого реагенту, фактична та рівноважна;

- коефіцієнт масопередачі, виражений в одиницях концентрації.

При дослідженні хемосорбційних процесів необхідно враховувати також швидкість хімічної реакції, у випадку її подібності швидкості дифузії:

,

де δ – товщина граничного шару;

- коефіцієнти дифузії;

СА, СВ – концентрації речовин А та В.

Способи прискорення процесів.

Вибір того чи іншого способу збільшення швидкості процесу залежить від області його протікання. Якщо реакція протікає в кінетичній області, то для її прискорення використовують збільшення температури та початкових концентрацій реагентів, а також збільшення тиску. Швидкість процесу, що протікає в дифузійній області збільшують:

a) розвитком міжфазної поверхні;

b) турбулізацією та інтенсивним перемішуванням газу та рідини для збільшення коефіцієнту масопередачі;

c) збільшенням початкової концентрації газоподібних реагентів.

Висновки

При написанні реферату були розглянути теми:

1. Хіміко-технологічні процеси - складова хімічного виробництва;

2. Кінетичні закономірності гетерогенних хіміко-технологічних процесів;

та питання:

- Класифікація хімічних реакцій, на яких засновані ХТП ;

-Фізико-хімічні закономірності хіміко-технологічних процесів;

- Рівновага в хіміко-технологічних процесах;

- Вплив умов протікання реакції на стан рівноваги;

- Кінетичні закономірності ХТП;

- Швидкість гомогенних хімічних реакцій;

- Залежність швидкості хімічних реакцій від концентрації реагентів;

- Швидкість гетерогенних ХТП;

- Кінетичні моделі гетерогенних процесів в системі «Г-Т»;

- Модель з фронтальним переміщенням зони реакції;

- Гетерогенні процеси в системі газ-рідина;

- Швидкість процесів в системі газ-рідина;

- Способи прискорення процесів та ін..

Література

1. Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1991.-С. 25-29, 228, 164-191

2. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990.-С. 27-39, 60-88