Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

Подписываем
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
6. Скорость процессов на макроуровне. Влияние режимных параметров и т.д. Основное уравнение: r=k∆CF, где k – константа состоит из двух компонентов, из константы хим. реакции и константы диффузии. Если kхр>>kд, тогда k≈kд (1/kхр ≈0). . Если kд>>kхр, тогда k≈kхр. ∆С – движущая сила, для необратимых процессов – это произведение концентрации реагентов ∆С=СaaCbb. Для обратимых: ∆С=(Са-Са*)*(Сb-Cb*). Физич. смысл движущей силы – это изменение концентрации реагентов в толщине дифф. пленки. Увеличивая движущую силу можно увеличить концентрации реагентов, увеличение давления регулированием температуры и своевременным выводом продуктов из зоны реакции. F – поверхность реагирования, зависит от размеров частицы. Чем меньше частицы, тем больше поверхность для определения количества реагентов. Температура увеличивает диффузию, но в меньшей степени, чем скорость хим. реакции. Диффузия в газах имеет степенную зависимость Dг=a*Tb/P. a и b больше единицы. Диффузия в газах от 0,1 до 1 см2/с. Диффузия в жидкостях прямо пропорциональна температуре: Dж=a*T/μ, μ – динамич. вязкость. Диффузия в жидкостях = 10-4-10-5 см2/с. 1. При увеличении температуры на каждые 10 °С скорость диффузионной области увеличивается лишь на 3-5 5. При увеличении температуры возможен переход из кинет. области в диффузионную. Удобнее изучать зависимость в логарифмических координатах. lnr=A-B/T. 2. Концентрация увеличивает движущую силу и повышает скорость процесса в целом. 3. давление, с его увеличением увеличивается движущая сила в процессах, протекающих с участием газа. 4. кат-ры ускоряют только стадию хим. реагирования, на диффузию они не влияют, поэтому используют кат-ры в макрокинетике, если процесс идет в кинетич. области. 5. скорость подачи реагентов, увеличение скорости подачи заметно увеличивает скорость процессов в дифф. области. при этом возможен переход из дифф. в кинетическую. Если одновременно увеличить температуру и скорость подачи, то процесс стабилизируется при больших скоростях, но на более высоком уровне. Влияние этого параметра может проявляться через другие, например: активное перемешивание, приводит к увеличению поверхности соприкосновения частиц. 6. поверхность реагирования – ее увеличение проводится различными способами в зависимости от вида системы, г/ТВ, ж/ТВ и т.д. В первую очередь необходимо увеличить поверхность более тяжелой или плотной фазы. . |
7. Способы увеличения поверхности раздела фаз. Модели гетерогенных Г-Т. Увеличение проводится различными способами в зависимости от вида системы, г/ТВ, ж/ТВ и т.д. В первую очередь необходимо увеличить поверхность более тяжелой или плотной фазы. 1. распределение жидкости тонкой пленкой на поверхности насадки. Массопередача пленочная, аппараты насадочные башни или колонны. Поверхность реагирования равна площади поверхности насадки. 2. диспергирование жидкости пневматическими или механич. способами. Массопередача капельная, аппараты – башни с разбрызгивателем или камеры с распыление. Поверхность реагирования равна общей поверхности капель. Эти аппараты интенсивнее насадочных, но в работе неустойчивы. 3. барботаж газа через слой жидкости в колоннах – аппаратах с тарелками. Массопередача пузырьковая и поверхность реагирования равна общей поверхности пузырьков. Эти аппараты активнее, интенсивнее насадочных, но создают большое гидравлич. сопротивление. 4. создание взвешенного слоя подвижной пены. Пенный аппарат, максимальная массопередача. Этот способ дает наибольшую поверхность соприкосновения. Системы г/тв; ж/тв. Требует измельчения тв. материала или применение пористых гранул. Необходимо обеспечить омывание тв. частиц потоком жидкости или газа. Способы: 1)полочный аппарат: тв материал на полках, мешалки на каждой из полок. Поток жидкости сверху. 2)перемешивание в объеме газа или жидкости. Тонкоизмельченный материал распыляется в потоке газа. Распылительные сушилки. 3)фильтрующий слой тв. материала, лежащего на решетках. 4)псевдоожижженный слой - тв. частицы лежат на решетках вначале, а газ или жидкость подают снизу с такой скоростью, при которой тв. частицы отрываются от слоя (витают). Лучше для г/тв. Существует две модели для описания таких моделей:1. квазигомогенная или модель с непрореагировавшим ядром. Квазигомогенная модель предусматривает одновременное протекание реакции во всем объеме твердых частиц. Профиль изменения концентрации выглядит так: 2. модель с фронтальным перемешиванием зоны реакции – предусматривает что процесс протекает сначала на внешней поверхности частицы, после того как наружный слой прореагирует полностью, процесс протекает в глубинные слои. Данная модель основана на представлении о пятистадийном процессе: первая стадия – внешняя диффузия исх. реагента к поверхности какой-то частицы; 2 - внутренняя диффузия – газообразный реагент проникает внутрь тв.; 3 – реагирование; 4 – внутренняя диффузия продуктов; 5 – внешняя диффузия. Для выбора оптимальных значений параметров в первую очередь необходимо знать область этого процесса. Признаки принадлежности области следующие:1. сильная зависимость от температуры и большая энергия активации, кинетич. область; 2. слабая зависимость от температуры и низкая энергия активации – внешняя диффузионная область; 3. изменение порядка реакции, сильная зависимость от размера частиц – диффузионная область; 4. сильная зависимость от перемешивания и скорости подачи реагентов – внешняя диффузионная область. gradT – характерно для внутридиффузионной области. |
8. Типы зависимости выхода от температуры. Факторы, огранич. и т.д. Высокотемпературные процессы широко применяются с целью увеличения скорости, однако, повышение температуры не всегда увеличивает выход целевого продукта. Известно шесть типов зависимости выхода от температуры: 1-аррениусовская зависимость-свойственна процессам в кинетич. области для реакций первого порядка без образования побочных продуктов. 2-экспоненциальная (с меньшей кривизной) для процессов в диффузионной области. 3-скачкообразная зависимость для взрывных процессов. 4-для процессов с образованием побочных продуктов. 5-для обратимых экзотермич. процессов и для процессов каталитических с участием тв. кат-ров. 6-аномальная характеристика для процессов с образованием промежут. в-в, причем первая стадия обратима и экзотермична. A+B→R; 1)A+B=N+Q; 2)N→R. Факторы, ограничивающие рост температуры. 1)характер зависимости выхода от температуры по типу 6, частично по типу 3,4,5. 2)рост энергозатрат. 3)термическая неустойчивость исх., промежуточных продуктов. 4)необходимость применения спец. материалов (сталь до 400 °С, легированная до 700 °С, спец. жаропрочные до 1100 °С, огнеупорные материалы 1600 °С, графит до 2000 °С, но при отсутствии кислорода, ванадий 2600 °С). |
9. Реакторы высокотемпературных процессов. Классификация, принцип работы одной из печей. По технологическим признакам аппараты: 1)нагревательные; 2)печи пиролиза (без воздуха); 3) плавильные; 4) обжиговые (с воздухом). По конструкции: 1)шахтные (вертикальные); 2)туннельные (горизонтальные); 3)камерные; 4)барабанные (вращающиеся); 5)печи кипящего слоя; 6)пылевидного обжига; 7)ванные; 8)трубчатые; 9)циклонные; 10)печи электрообогрева. По способу нагрева: 1)прямого нагрева; 2)косвенного (через стенку). По способу получения тепловой энергии: 1)электрообогрев; 2)сжигание топлива; 3)разогрев за счет тепла экзометрич. реакции. Туннельные (канальные) печи. Представляют собой канал длиной до 200 м, выложенный из огнеупорного кирпича или металлический, футерованный огнеупорным кирпичом. Внутри канала по рельсам движутся вплотную примыкающие друг к другу вагонетки с обжигаемым материалом или изделиями навстречу потоку воздуха или газа, взаимодействующего с тв. материалом. Для наиболее полного использования теплоты вагонетки занимают максимальную площадь туннеля. Туннельные печи – топливные прямого нагрева, причем теплота передается горячими газами, движущимися противотоком нагреваемому материалу. Канал печи разделяется на зоны подогрева, обжига и охлаждения материала. В зоне обжига при помощи форсунок сжигается газообразное жидкое или твердое топливо и топочные газы передаются в зону обогрева. В туннельных печах возможна наиболее тонкая регулировка температурного режима обжига во времени, их работу легко полностью автоматизировать. Печи работают непрерывно, обладают высокой мощностью (200 тонн в сутки и более), просты в обслуживании, надежны в эксплуатации. Туннельные печи применяют для обжига огнеупоров и других керамич. изделий, для сухой перегонки дерева, выплавки серы из руд и т.п. |
10. Основы хим. равновесия. Константа равновесия и т.д. В гетерогенных системах обратимыми называют такие процессы, в которых возможен переход в-ва или теплоты как из одной фазы в другую, так и обратно. По второму закону термодинамики в изолированной системе равновесие наступает при максимальной энтропии и ее изменение равно нулю. Влияние основных параметров на равновесие определяется принципом Ле-Шателье: в системе, выведенной внешним воздействием из состояния равновесия протекают процессы, направленные на ослабление этого воздействия. Следствия: 1. в экзотермических процессах повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону образования исходных реагентов, в эндотермич. – наоборот. 2. для обратимого процесса, сопровождающего увеличение объема, увеличение давления приводит к сдвигу равновесия влево. А для процесса с уменьшением объема наоборот, вправо. 3. для того, чтобы сдвинуть равновесие вправо необходимо непрерывно выводить образовавшиеся продукты и обеспечить подачу исходных реагентов. Частный случай: когда необходимо добиться полного использования одного из реагентов, необходимо процесс вести с избытком остальных реагентов. Константа равновесия по сути равна отношению констант скоростей прямой и обратной реакций: aA+bB=cC+dD, r1=r2. k1=k2. k1=CaaCbb; k2=CccCdd. k1/k2=K. Константу равновесия можно выразить не только через концентрации, но и через парциальные давления газообразных реагентов, число молей, мольные доли, коэффициент летучести, активности для конц. растворов и т.д. Соответственно меняется индекс константы равновесия: Kp; Kc; KN. Существует взаимосвязь: Kp=Kc(Rt)∆n=KN(p/ΣN)∆n=KnP∆n. ∆n – изменение числа молей в ходе реакции. Состояние равновесия оценивают по величине изобарно-изотермич. потенциала. Если потенциал больше нуля, то равновесие сдвинуто влево, и наоборот. Константу равновесия можно рассчитать различными способами: Темкина-Шварцмана, Нернста. Константа равновесия не зависит от каких-либо других параметров, кроме температуры – эта зависимость – уравнение изобары. dlnKp/dT=∆H0/RT2. ∆H – изменение энтальпии при небольшом изменении температуры величина константы и при интегрировании получаем: lgKp=∆H0/2.3R(1/T1-1/T2). В реальны условиях ∆Н меняется в широком температурном интервале, получается зависимость: lgKp=3H0/2.3R+∆a0T-1/R+∆a1lgT/4.6R+∆a2TR/13.2R. Коэффициент а1, а2, а0 из теплового уравнения Нернста. lgKp=A/T=B. В экзотермич. реакциях значение Кр уменьшается при увеличении температуры, в эндотермич. наоборот. Возможность сдвига. 1. синтез аммиака N2+3H2=2NH3, если объем уменьшается, то давление увеличивается. Рост давления обеспечивается устройством насосов, компрессоров перед реактором. 2. каталитич. разложение CH4 : CH4=Cтв+2H2. Создают вакуум с помощью вакуум-насосов, устанавливаемых после реакторов. 3. конверсия - осуществляется водяным паром. CO+H2O=CO2+H2. Концентрация реагентов: CO+H2O=CO2+H2 . 1. вывод продуктов из зоны реакции, автоматически увеличивается концентрация исх. продуктов, константа равновесия уменьшается. 2. увеличиваем концентрацию реагентов, тогда константа равновесия тоже уменьшается, а значит равновесия можно достичь раньше и смещено оно будет вправо, хотя сама константа равновесия от концентрации не зависит. Для выхода продуктов из зоны реакции применяют три способа: а) ввод вспомагат. материала, который реагирует с продуктом CaO+CO2=CaCO3 ; б) адсорбция одного из продуктов, затем вывод поглотителя из реакционного объема и его регенерация; в) перевод всех или одного из продуктов в другое агрегатное состояние Эти методы необходимы тогда, когда продукты и реагенты в одном агрегатном состоянии, в основном газы. Для тв. и жидких в-в используют методы, аналогичные методам обогащения сырья и разделения сред перспективными способами. Если продукты отличаются от реагентов по агрегатному состоянию, то проблем с их выделением не бывает. Равновесный выход продуктов – степень превращения исх. реагентов можно вычислить через Кравновесия.Для разных по типу реакций взаимосвязь различна. Степень превращения зависит от Т. |