Кинетическая модель гетерогенных химических процессов. (Темы 5.3 - 5.4)

Июль 31, 2022

Главная
Физика
Кинетическая модель гетерогенных химических процессов. (Темы 5.3 - 5.4)

Содержание

2. Темы 5.3 - 5.4 5.3 Кинетическая модель гетерогенных химических процессов: Гетерогенный химический процесс с текучими фазами
3. Тема 5.3.1 Гетерогенный химический процесс с текучими фазами
4. Условия гетерогенного процесса параметры состояния каждой из фаз (температура, давление, катализатор, концентрации) параметры взаимодействия фаз (направление
5. Способы межфазного взаимодействия в системах Г-Ж и Ж-Ж а) барботаж – диспергирование газа в виде пузырей
6. Схема гетерогенного химического процесса Г-Ж
7. Этапы гетерогенного химического процесса Г-Ж этап I – перенос компонента А из объёма газа через газовый
8. WII = WIII WIII = WIV
9. Зависимость концентрации компонента А в жидкой фазе от параметров системы Уравнение наблюдаемой скорости превращения
10. Кинетический режим - определяющей стадией является реакция с максимальной движущей силой (СА=Ка рА ) при WН
11. Зависимость наблюдаемой скорости превращения WН от концентрации реагента В в жидкости СВ для гетерогенного химического процесса
12. Тема 5.3.2 Гетерогенный химический процесс с твердым реагентом
13. «Сжимающаяся сфера» В результате превращения образуются только газообразные и жидкие продукты, переходящие в текучую фазу и
14. «Сжимающееся ядро» Кроме газообразных и жидких образуется твёрдый продукт, остающийся на поверхности твёрдого реагента и компенсирующий
15. Схема гетерогенного химического процесса «сжимающаяся сфера», применительно к реакции АГ + ВТ = RГ
16. Стадии процесса «сжимающаяся сфера» Этап I. Перенос реагента А из потока к поверхности частицы через пограничный
17. Скорость уменьшения размера твёрдой частицы намного медленнее скорости распространения концентраций в пограничном слое Поток компонента А
18. Наблюдаемая скорость превращения для реакции первого порядка или Wн =- Kн С0
19. Изменение количества твёрдого компонента NВ в единицу времени νВ = νА = 1, WВ = WА
20. Время полного превращения (при τ= τк и r=0) τк = R0 n0/(Кн С0) Зависимость радиуса частицы
21. Зависимость степени превращения от изменения радиуса частицы Зависимость степени превращения от времени
22. Анализ гетерогенного процесса «сжимающаяся сфера» Если k Если k >> β, то k/β → ∞, то
23. Зависимость изменения кинетических параметров
24. Тема 5.4 Гетерогенный химический процесс с твёрдым катализатором
25. Катализ — изменение скорости химической реакции в присутствии веществ (катализаторов), многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие
26. Процессы адсорбции и десорбции – необходимые стадии гетерогенных каталитических процессов. Если скорость гетерогенного каталитического процесса не
27. Активный комплекс - непрерывно изменяющееся переходное состояние, в котором после соударения исходных молекул происходит перераспределение электронной
29. Энергетический барьер реакции - разность между значениями средней энергии активных комплексов и исходных молекул. Снижения энергетического
30. Промежуточное соединение, в которое входит катализатор, превращается далее в продукты реакции через другой активный комплекс с
31. Изменение энергии системы Е по реакционному пути Способность снизить энергию активации реакции называют активностью катализатора, которая
32. В простых реакциях катализатор не влияет на равновесие системы, так как начальное и конечное состояния реагирующей
33. По фазовому состоянию каталитические реакции подразделяют на гомогенные, микрогетерогенные и гетерогенные. В гомогенном и микрогетерогенном катализе
34. Промышленные твердые катализаторы- сложная смесь (контактная масса), в составе которой выделяют собственно катализирующее вещество, носители, активаторы.
35. Показатели, характеризующие эксплуатационную ценность промышленных катализаторов 1) активность — мера ускоряющего действия катализатора по отношению к
37. Скачать презентацию

Слайд 2

Темы 5.3 - 5.4
5.3 Кинетическая модель гетерогенных химических процессов:
Гетерогенный химический процесс

с текучими фазами
Гетерогенный химический процесс с твердым реагентом
5.4 Гетерогенный химический процесс с твердым катализатором

Слайд 3

Тема 5.3.1
Гетерогенный химический процесс с текучими фазами

Слайд 4

Условия гетерогенного процесса
параметры состояния каждой из фаз (температура, давление, катализатор, концентрации)
параметры

взаимодействия фаз (направление и скорость потоков, интенсивность перемешивания и др.)
транспортные свойства веществ (диффузия, теплопроводность, вязкость)

Слайд 5

Способы межфазного взаимодействия в системах Г-Ж и Ж-Ж
а) барботаж – диспергирование

газа в виде пузырей в объёме движущейся жидкости;
б) орошение – диспергирование жидкости в виде капель в объёме движущегося газа;
в) пленочное течение – образование текущей жидкой плёнки на поверхности насадки; газ проходит в свободном пространстве;
г) газожидкостной поток – возмущенные потоки газа и жидкости движутся в одном направлении.

Слайд 6

Схема гетерогенного химического процесса Г-Ж

Слайд 7

Этапы гетерогенного химического процесса Г-Ж
этап I – перенос компонента А из

объёма газа через газовый пограничный слой к поверхности раздела фаз;
этап II – перенос компонента А через поверхность раздела фаз в жидкость;
этап III – перенос компонента А от поверхности раздела через жидкостной пограничный слой в объём жидкости;
этап IV – реакция между А и В в жидкости.

Слайд 8

WII = WIII
WIII = WIV

Слайд 9

Зависимость концентрации компонента А в жидкой фазе от параметров системы
Уравнение

наблюдаемой скорости превращения

Слайд 10

Кинетический режим - определяющей стадией является реакция с максимальной движущей силой

(СА=Ка рА ) при
WН = - k Kа pА CВ
Диффузионный режим - определяющей стадией является массоперенос вещества А с максимальной движущей силой при
(СА близка к нулю)
WН = - β0 Kа pА

Слайд 11

Зависимость наблюдаемой скорости превращения WН от концентрации реагента В в жидкости

СВ для гетерогенного химического процесса Г-Ж

Слайд 12

Тема 5.3.2
Гетерогенный химический процесс с твердым реагентом

Слайд 13

«Сжимающаяся сфера»
В результате превращения образуются только газообразные и жидкие продукты,

переходящие в текучую фазу и не мешающие протеканию реакции
Размеры твёрдого реагента постепенно уменьшаются вплоть до исчезновения

Слайд 14

«Сжимающееся ядро»
Кроме газообразных и жидких образуется твёрдый продукт, остающийся на

поверхности твёрдого реагента и компенсирующий его расход
Реакция протекает на поверхности ядра, в результате чего оно уменьшается
Размер твёрдой частицы практически не меняется

Слайд 15

Схема гетерогенного химического процесса «сжимающаяся сфера», применительно к реакции АГ +

ВТ = RГ

Слайд 16

Стадии процесса «сжимающаяся сфера»
Этап I. Перенос реагента А из потока

к поверхности частицы через пограничный слой.
Этап II. Реакция А с твёрдым В на поверхности частицы.
Этап III. Уменьшение размера частицы и удаление продуктов реакции в газовую фазу.

Слайд 17

Скорость уменьшения размера твёрдой частицы намного медленнее скорости распространения концентраций в

пограничном слое
Поток компонента А зависит от поверхности частицы радиусом Fr и разности концентрации А в потоке С0 и у поверхности СП
WI = - β Fr (С0 – СП)
Скорость реагирования А определяется скоростью его превращения на поверхности W(СП) и величиной поверхности частицы Fr
WII= W(СП) Fr

Слайд 18

Наблюдаемая скорость превращения для реакции первого порядка
или Wн =- Kн

С0

Слайд 19

Изменение количества твёрдого компонента NВ в единицу времени
νВ = νА =

1, WВ = WА = - k СП = - Kн С0
Количество прореагировавшего тонкого поверхностного слоя толщиной dr, содержащего dNВ = n0 Fr dr
Изменение размера частицы во времени

Слайд 20

Время полного превращения (при τ= τк и r=0)
τк = R0 n0/(Кн

С0)
Зависимость радиуса частицы от времени
r = R0 (1 – τ/τк)
Зависимость изменения со временем скорости превращения, отнесённой к одной частице
Wчаст = WнS = - КнС04πr2 =
= -4πR02КнС0(1 – τ/τк)2

Слайд 21

Зависимость степени превращения от изменения радиуса частицы
Зависимость степени превращения от времени

Слайд 22

Анализ гетерогенного процесса «сжимающаяся сфера»
Если k << β, то k/β

→ 0, то процесс протекает в кинетическом режиме, а химическая реакция является лимитирующей стадией
Если k >> β, то k/β → ∞, то процесс протекает в диффузионном режиме, а массоперенос является лимитирующей стадией

Слайд 23

Зависимость изменения кинетических параметров

Слайд 24

Тема 5.4
Гетерогенный химический процесс с твёрдым катализатором

Слайд 25

Катализ — изменение скорости химической реакции в присутствии веществ (катализаторов), многократно

вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливающих свой состав после каждого цикла взаимодействия.
Ускоряющее действие катализатора состоит в понижении энергии активации реакции в результате изменения реакционного пути.

Слайд 26

Процессы адсорбции и десорбции – необходимые стадии гетерогенных каталитических процессов.
Если

скорость гетерогенного каталитического процесса не лимитируется скоростью диффузии молекул, закономерности химического процесса существенно зависят от адсорбционной активности молекул компонентов реакции.

Слайд 27

Активный комплекс - непрерывно изменяющееся переходное состояние, в котором после соударения

исходных молекул происходит перераспределение электронной плотности между химическими связями и исходные вещества превращаются в продукты реакции
Комплекс распадается, когда энергия колебательного движения химических связей, определяющая избыточную энергию молекулы, превышает некоторое предельное значение

Слайд 28

Слайд 29

Энергетический барьер реакции - разность между значениями средней энергии активных комплексов

и исходных молекул.
Снижения энергетического барьера реакции можно достигать снижением энергетического уровня активных комплексов.
Путем снижения энергетического барьера и ускорения реакции является катализ

Слайд 30

Промежуточное соединение, в которое входит катализатор, превращается далее в продукты реакции

через другой активный комплекс с меньшей энергией.
Хотя при этом реакционный путь становится многостадийным и удлиняется, снижение энергии активных комплексов приводит к увеличению скорости реакции.
Катализатор может способствовать также достижению необходимой для взаимодействия ориентации молекул.

Слайд 31

Изменение энергии системы Е по реакционному пути
Способность снизить энергию активации

реакции называют активностью катализатора, которая является мерой ускоряющего действия катализатора по отношению к данной конкретной реакции.

Слайд 32

В простых реакциях катализатор не влияет на равновесие системы, так как

начальное и конечное состояния реагирующей системы не зависят от катализатора.
В сложных реакциях катализатор не только ускоряет реакцию, но также влияет на селективность протекания превращения.
Способность ускорять только одну реакцию из нескольких возможных при многомаршрутных реакциях определяет селективность катализатора.

Слайд 33

По фазовому состоянию каталитические реакции подразделяют на гомогенные, микрогетерогенные и гетерогенные.

В гомогенном и микрогетерогенном катализе катализатор находится в реакционной системе в молекулярно растворенном состоянии и образует с реагирующим веществом одну фазу.
В микрогетерогенном катализе катализатор — большие полимерные молекулы.
В гомогенных процессах катализатор действует на молекулярном уровне и вероятность столкновения молекул реагирующих веществ с молекулами катализатора весьма значительная.

Слайд 34

Промышленные твердые катализаторы- сложная смесь (контактная масса), в составе которой выделяют

собственно катализирующее вещество, носители, активаторы.
Носителями являются термостойкие, инертные, пористые вещества, на которые различными способами наносят катализирующее вещество.
Активаторы, или промоторы — вещества, повышающие каталитические свойства основного катализатора.

Слайд 35

Показатели, характеризующие эксплуатационную ценность промышленных катализаторов
1) активность — мера ускоряющего

действия катализатора по отношению к данной реакции
2) избирательность (селективность) — способность из нескольких реакций предпочтительно ускорять целевую
3) устойчивость к ядам — инертность к примесям — контактным ядам в сырье;

Кинетическая модель гетерогенных химических процессов. (Темы 5.3 - 5.4)

Содержание

Темы 5.3 - 5.45.3 Кинетическая модель гетерогенных химических процессов:Гетерогенный химический процесс

Тема 5.3.1Гетерогенный химический процесс с текучими фазами

Условия гетерогенного процессапараметры состояния каждой из фаз (температура, давление, катализатор, концентрации)параметры

Способы межфазного взаимодействия в системах Г-Ж и Ж-Жа) барботаж – диспергирование

Схема гетерогенного химического процесса Г-Ж

Этапы гетерогенного химического процесса Г-Жэтап I – перенос компонента А из

WII = WIII WIII = WIV

Зависимость концентрации компонента А в жидкой фазе от параметров системы Уравнение

Кинетический режим - определяющей стадией является реакция с максимальной движущей силой

Зависимость наблюдаемой скорости превращения WН от концентрации реагента В в жидкости

Тема 5.3.2Гетерогенный химический процесс с твердым реагентом

«Сжимающаяся сфера» В результате превращения образуются только газообразные и жидкие продукты,

«Сжимающееся ядро» Кроме газообразных и жидких образуется твёрдый продукт, остающийся на