Кинетическая модель химического процесса в реакционном объеме. (Тема 6.1)

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Кинетическая модель химического процесса в реакционном объеме. (Тема 6.1)

Содержание

2. Тема 6.1 Кинетическая модель химического процесса в реакционном объеме
3. Кинетическая модель химического процесса на уровне элементарного объема учитывает все параметры, влияющие на процесс, и предоставляет
4. Цель исследования химического процесса на уровне реакционного объема дополнение полученной на втором уровне кинетической модели закономерностями
5. Концентрационное и температурное поля в реакционном объеме реактора формируются как следствие конвективных потоков вещества и тепла,
6. Гидродинамический режим в реакционном объеме определяется типом и конструкционными особенностями реактора в целом (конфигурации вводного и
7. Идеальные модели Это условные (мысленные) реакционные устройства, в реакционном объеме которых предполагается идеальная гидродинамическая структура материальных
8. Идеальные модели По движению материальных потоков По характеру температурного поля Полного (идеального) смешения Идеального вытеснения Изотермический
9. При режиме идеального смешения предполагается постоянство концентрации и других параметров процесса во всем реакционном объеме. При
10. При идеальном изотермическом режиме должно быть полное равенство температуры во всем реакционном объеме. При идеальном адиабатическом
11. Изменение концентрационного поля при идеальных режимах
12. Температурное поле в процессах идеального смешения (как периодических, так и проточных) является постоянным во всем реакционном
13. В процессах идеального вытеснения температурное поле в реакционном объеме в общем случае является переменным как в
14. Кинетическая модель процесса строится на основе материального и теплового баланса в реакционном объеме и в самом
15. Балансовые уравнения составляют: Для всех участвующих в процессе веществ, учитывая сохранение общей массы вещества и стехиометрические
16. Процесс – нестационарный Сумма входящих и выходящих потоков равна ΣNвх = 0 Источником i-го вещества является
17. ΣQвх = 0. В реакционном объеме возможен теплообмен с теплоносителем, имеющим температуру Тх, при коэффициенте теплообмена
18. Изменение количества теплоты в реакционной зоне связано с изменением температуры и при неизменном значении теплоемкости реакционной
19. Периодический процесс в режиме идеального смешения (ИС-п) Начальные условия процесса задаются: при τ = 0 С
20. Процесс – стационарный dN/dτ = 0 и dQ/dτ = 0 Источник веществ – химическое превращение, т.е.
21. Источники теплоты в реакторе – химическое превращение и теплообмен . При постоянном значении теплоемкости ср реакционной
22. Непрерывный процесс в режиме идеального смешения (ИС-н) Начальные условия процесса Сi,0 и Т0 входят в эти
23. Процесс - стационарный dNi/dτ = 0 Режим потока — поршневой без перемешивания Профиль скорости по сечению
24. Процесс - стационарный dQ/dτ = 0 Уравнение теплового баланса для рассматриваемого объема dVр 0 = V0срТ
25. Непрерывный процесс в режиме идеального вытеснения (ИВ) Начальные условия: при τ = 0 С = С0,i
27. Анализ кинетических моделей Исследование влияния условий процесса и характеристик (свойств) его составляющих (химической реакции, тепло- и
28. Важнейшим показателем является уровень и характер распределения температуры в реакционном объеме. Температура влияет на: скорость превращения;
29. Изменение температуры может привести к переходу гетерогенного процесса из кинетической области в диффузионную и наоборот. Т
30. Температура в реакционном объеме является результатом теплового баланса, важнейшей составляющей которого является скорость тепловыделения (поглощения) в
31. Закрытая система Зависимость скорости от температуры проходит через максимум и при достижении определенной температуры начинает уменьшаться,
32. Открытая система Скорость реакции поддерживается на максимальном уровне компенсацией расхода реагентов путем непрерывной подачи сырья, в
34. Скачать презентацию

Слайд 2

Тема 6.1
Кинетическая модель химического процесса в реакционном объеме

Слайд 3

Кинетическая модель химического процесса на уровне элементарного объема учитывает все параметры,

влияющие на процесс, и предоставляет принципиальную возможность рассчитать время, необходимое для достижения заданной степени превращения и необходимый реакционный объем.

Слайд 4

Цель исследования химического процесса на уровне реакционного объема
дополнение полученной на втором

уровне кинетической модели закономерностями формирования концентрационного и температурного полей в масштабе всего реакционного объема во времени.

Слайд 5

Концентрационное и температурное поля в реакционном объеме реактора формируются как следствие

конвективных потоков вещества и тепла, возникающих в результате складывающегося в реакционном объеме гидродинамического режима.

Слайд 6

Гидродинамический режим в реакционном объеме определяется типом и конструкционными особенностями реактора

в целом (конфигурации вводного и выводного устройства, наличия и эффективности перемешивания, типа теплообмена и конструкции теплообменных устройств и др.).

Слайд 7

Идеальные модели
Это условные (мысленные) реакционные устройства, в реакционном объеме которых

предполагается идеальная гидродинамическая структура материальных потоков
Идеальные гидродинамические модели позволяют большое разнообразие реальных реакторов свести к нескольким типам и вести анализ химического процесса в них по типовым зависимостям.

Слайд 8

Идеальные модели
По движению
материальных
потоков
По характеру
температурного
поля
Полного

(идеального)
смешения

Идеального
вытеснения

Изотермический

Адиабатический

Слайд 9

При режиме идеального смешения предполагается постоянство концентрации и других параметров процесса

во всем реакционном объеме.
При режиме идеального вытеснения предполагается поршневой режим движения потока и полностью исключается продольное перемешивание компонентов потока.

Слайд 10

При идеальном изотермическом режиме должно быть полное равенство температуры во всем

реакционном объеме.
При идеальном адиабатическом режиме полностью исключается любой теплообмен реакционной зоны с внешней средой, а теплота реакции идет только на нагрев (или охлаждении) реакционной смеси.

Слайд 11

Изменение концентрационного поля при идеальных режимах

Слайд 12

Температурное поле в процессах идеального смешения (как периодических, так и проточных)

является постоянным во всем реакционном объеме.
Температурное поле изменяется во времени по сложной зависимости от величины и знака теплового эффекта реакции и интенсивности теплообмена с внешней средой.

Слайд 13

В процессах идеального вытеснения температурное поле в реакционном объеме в общем

случае является переменным как в объеме, так и во времени, оставаясь постоянным лишь по сечению реакционного объема, перпендикулярному потоку.
В общем случае изотермический режим возможен лишь при теплообмене с внешней средой.

Слайд 14

Кинетическая модель процесса строится на основе материального и теплового баланса в

реакционном объеме и в самом общем виде выглядит следующим образом:
dN/dτ = ΣNвх + ΣNист
dQ/dτ = ΣQвх + ΣQист

Слайд 15

Балансовые уравнения составляют:
Для всех участвующих в процессе веществ, учитывая сохранение общей

массы вещества и стехиометрические соотношения между реагирующими веществами.
Для многофазных процессов - для каждой фазы с учетом тепло- и массообмена между ними.

Слайд 16

Процесс – нестационарный
Сумма входящих и выходящих потоков равна ΣNвх = 0

Источником i-го вещества является химическое превращение: ΣNист, i = Wi(C, T).
Уравнение накопления в единице объема для i-го вещества приобретает вид
dCi/dτ = Wi(C, Т)

Периодический процесс в режиме идеального смешения (ИС-п)

Слайд 17

ΣQвх = 0.
В реакционном объеме возможен теплообмен с теплоносителем, имеющим

температуру Тх, при коэффициенте теплообмена КТ и удельной поверхности Fуд.
Источник тепла – изменение энтальпии системы при химическом превращении (для простой реакции Qист, = qpr(С, Т)) и теплообмен с теплоносителем КТFуд(Тх – Т).
Для простой реакции при Vр = 1 уравнение теплового баланса принимает вид

Периодический процесс в режиме идеального смешения (ИС-п)

Слайд 18

Изменение количества теплоты в реакционной зоне связано с изменением температуры и

при неизменном значении теплоемкости реакционной смеси ср

Периодический процесс в режиме идеального смешения (ИС-п)

Слайд 19

Периодический процесс в режиме идеального смешения (ИС-п)
Начальные условия процесса задаются:

при τ = 0 С = С0,i и Т = Т0

Слайд 20

Процесс – стационарный dN/dτ = 0 и dQ/dτ = 0
Источник веществ

– химическое превращение, т.е. Ni,ист = Wi(C, Т)Vр.
Уравнение материального баланса примет вид
0 = V0С0,i – V0Сi – Wi(С,Т)Vр.
или (С0,i – Сi)/τ = Wi(С,Т)

Непрерывный процесс в режиме идеального смешения (ИС-н)

Слайд 21

Источники теплоты в реакторе – химическое превращение и теплообмен .
При

постоянном значении теплоемкости ср реакционной смеси уравнение теплового баланса принимает вид
0 = V0срТ0 – V0срТ + qрr(С,Т)Vр +КТFТ(Тх – Т)
или
ср(Т – Т0)/τ = qрr(С,Т) – КТFуд(Т – Тх).

Непрерывный процесс в режиме идеального смешения (ИС-н)

Слайд 22

Непрерывный процесс в режиме идеального смешения (ИС-н)
Начальные условия процесса Сi,0 и

Т0 входят в эти уравнения

Слайд 23

Процесс - стационарный dNi/dτ = 0
Режим потока — поршневой без

перемешивания
Профиль скорости по сечению — плоский.
По мере прохождения потока изменяются концентрация компонентов Сi и температура потока Т.
Уравнение материального баланса имеет вид
0 = V0Сi – V0(Сi +dСi) +Wi(С,Т)dVр

Непрерывный процесс в режиме идеального вытеснения (ИВ)

Слайд 24

Процесс - стационарный dQ/dτ = 0
Уравнение теплового баланса для рассматриваемого объема

dVр
0 = V0срТ – V0ср(Т + dТ) + qрr(С,Т)Vр+ +КТdFТ(Тх – Т)
или срdТ/dτ = qрr(С,Т) – КТFуд(Т – Тх)

Непрерывный процесс в режиме идеального вытеснения (ИВ)

Слайд 25

Непрерывный процесс в режиме идеального вытеснения (ИВ)
Начальные условия:
при τ =

0 С = С0,i и Т = Т0

Слайд 26

Слайд 27

Анализ кинетических моделей
Исследование влияния условий процесса и характеристик (свойств) его составляющих

(химической реакции, тепло- и массообмена) на показатели процесса, а также выявление особенностей процесса и режима.

Слайд 28

Важнейшим показателем является уровень и характер распределения температуры в реакционном объеме.
Температура

влияет на:
скорость превращения;
селективность превращения;
состояние химического равновесия;
предельно допустимая степень превращения.

Слайд 29

Изменение температуры может привести к переходу гетерогенного процесса из кинетической области

в диффузионную и наоборот.
Т – это функция от степени превращения исходных реагентов, теплового эффекта реакций, теплообмена с окружающей средой и др.
На характер распределения температуры в реакционном объеме определяющее влияние оказывает гидродинамическая обстановка

Слайд 30

Температура в реакционном объеме является результатом теплового баланса, важнейшей составляющей которого

является скорость тепловыделения (поглощения) в результате реакции, определяющаяся ее скоростью.
В экзотермическом процессе тепловыделение приводит к разогреву системы.
При этом характер изменения скорости реакции и выделения тепла реакции, будет различным в зависимости от того, в закрытой или открытой по веществу системе протекает процесс.

Слайд 31

Закрытая система
Зависимость скорости от температуры проходит через максимум и при достижении

определенной температуры начинает уменьшаться, несмотря на рост температуры.
При максимуме положительный вклад на скорость от повышения температуры компенсируется отрицательным вкладом от снижения концентрации реагентов.

Слайд 32

Открытая система
Скорость реакции поддерживается на максимальном уровне компенсацией расхода реагентов путем

непрерывной подачи сырья, в результате чего кинетическая кривая принимает S-образную форму.
При достаточно высоких значениях Т константа скорости реакции становится настолько большой, что на выходе из реакционного объема практически не остается не прореагировавшего реагента,

Кинетическая модель химического процесса в реакционном объеме. (Тема 6.1)

Содержание

Тема 6.1Кинетическая модель химического процесса в реакционном объеме

Кинетическая модель химического процесса на уровне элементарного объема учитывает все параметры,

Цель исследования химического процесса на уровне реакционного объемадополнение полученной на втором

Концентрационное и температурное поля в реакционном объеме реактора формируются как следствие

Гидродинамический режим в реакционном объеме определяется типом и конструкционными особенностями реактора

Идеальные модели Это условные (мысленные) реакционные устройства, в реакционном объеме которых

Идеальные модели По движению материальных потоков По характеру температурного поля Полного

При режиме идеального смешения предполагается постоянство концентрации и других параметров процесса

При идеальном изотермическом режиме должно быть полное равенство температуры во всем

Изменение концентрационного поля при идеальных режимах

Температурное поле в процессах идеального смешения (как периодических, так и проточных)

В процессах идеального вытеснения температурное поле в реакционном объеме в общем

Кинетическая модель процесса строится на основе материального и теплового баланса в

Балансовые уравнения составляют:Для всех участвующих в процессе веществ, учитывая сохранение общей

Процесс – нестационарныйСумма входящих и выходящих потоков равна ΣNвх = 0

ΣQвх = 0. В реакционном объеме возможен теплообмен с теплоносителем, имеющим

Изменение количества теплоты в реакционной зоне связано с изменением температуры и

Периодический процесс в режиме идеального смешения (ИС-п) Начальные условия процесса задаются:

Процесс – стационарный dN/dτ = 0 и dQ/dτ = 0Источник веществ

Источники теплоты в реакторе – химическое превращение и теплообмен . При

Непрерывный процесс в режиме идеального смешения (ИС-н)Начальные условия процесса Сi,0 и

Процесс - стационарный dNi/dτ = 0 Режим потока — поршневой без

Процесс - стационарный dQ/dτ = 0Уравнение теплового баланса для рассматриваемого объема

Непрерывный процесс в режиме идеального вытеснения (ИВ)Начальные условия: при τ =

Анализ кинетических моделейИсследование влияния условий процесса и характеристик (свойств) его составляющих

Важнейшим показателем является уровень и характер распределения температуры в реакционном объеме.Температура

Изменение температуры может привести к переходу гетерогенного процесса из кинетической области

Температура в реакционном объеме является результатом теплового баланса, важнейшей составляющей которого

Закрытая системаЗависимость скорости от температуры проходит через максимум и при достижении

Открытая системаСкорость реакции поддерживается на максимальном уровне компенсацией расхода реагентов путем

Похожие презентации

Тема 6.1
Кинетическая модель химического процесса в реакционном объеме

Цель исследования химического процесса на уровне реакционного объема
дополнение полученной на втором

Идеальные модели
Это условные (мысленные) реакционные устройства, в реакционном объеме которых

Идеальные модели
По движению
материальных
потоков
По характеру
температурного
поля
Полного

Балансовые уравнения составляют:
Для всех участвующих в процессе веществ, учитывая сохранение общей

Процесс – нестационарный
Сумма входящих и выходящих потоков равна ΣNвх = 0

ΣQвх = 0.
В реакционном объеме возможен теплообмен с теплоносителем, имеющим

Периодический процесс в режиме идеального смешения (ИС-п)
Начальные условия процесса задаются:

Процесс – стационарный dN/dτ = 0 и dQ/dτ = 0
Источник веществ

Источники теплоты в реакторе – химическое превращение и теплообмен .
При

Непрерывный процесс в режиме идеального смешения (ИС-н)
Начальные условия процесса Сi,0 и

Процесс - стационарный dNi/dτ = 0
Режим потока — поршневой без

Процесс - стационарный dQ/dτ = 0
Уравнение теплового баланса для рассматриваемого объема

Непрерывный процесс в режиме идеального вытеснения (ИВ)
Начальные условия:
при τ =

Анализ кинетических моделей
Исследование влияния условий процесса и характеристик (свойств) его составляющих

Важнейшим показателем является уровень и характер распределения температуры в реакционном объеме.
Температура

Закрытая система
Зависимость скорости от температуры проходит через максимум и при достижении

Открытая система
Скорость реакции поддерживается на максимальном уровне компенсацией расхода реагентов путем