Курсовая работа: Методи експериментальних досліджень і розрахунків кінетики хіміко-технологічних процесів
При протіканні реакції:
(1)
зліва направо концентрація речовин А 1 і А 2 зменшується, а концентрація речовин А3 і А4 збільшується.
Швидкість реакції (1) визначається зміною концентрації реагентів в одиницю часу. Для реакцій, що протікають при постійному об'ємі в закритих системах, швидкість реакції виражають рівнянням
(2)
де vi і Сi — відповідно стехіометричний коефіцієнт і концентрація i-го реагенту у момент часу τ.
Швидкість реакції завжди позитивна. Тому в рівнянні швидкості реакції (2) ставлять знак плюс, якщо швидкість реакції визначають по зміні концентрації кінцевої речовини в одиницю часу, і знак мінус, якщо швидкість визначається по зміні концентрації початкової речовини.
Згідно закону дії мас швидкість реакції V пропорційна твору концентрацій реагуючих речовин в ступенях, рівних їх стехіометричним коефіцієнтам в рівнянні швидкості реакції. Для елементарної реакції (1), що протікає зліва направо (пряма реакція), швидкість реакції V виражається рівнянням
(3)
де k1 — коефіцієнт пропорційності — константа швидкості прямої реакції;
С1 і C 2 — концентрації речовин A 1 і А2 .
Таким чином, рівняння швидкості масопередачи для гомогенного процесу може бути представлено у вигляді
(4)
Рівняння швидкості масопередачи гетерогенних процесів
(5)
де k - коефіцієнт масопередачи;
F - поверхня розділу фаз;
ΔC - рушійна сила процесу.
Коефіцієнт масопередачи - це кількість речовини в кілограмах, передана з однієї фази в іншу через поверхню зіткнення фаз, яка дорівнює 1 м2 , при рушійній силі процесу, рівній 1 кг/м3 , протягом 1 години . При цьому розмірність коефіцієнта масопередачи буде м/год . Коефіцієнт масопередачи в гетерогенному процесі складна величина, залежна не тільки від хімічних властивостей реагуючих речовин, але і від їх фізичних властивостей, швидкостей потоків, ступеня перемішування, а у ряді випадків від конструктивного оформлення реактора.
Найчастіше швидкість процесу V виражають зміною кількості dNВ вихідної речовини або її концентрації dCВ , кількості або концентрації продукту dNП і dCП , а також ступені перетворення β за час dτ:
Є відмінності в характері зміни швидкостей процесів залежно від режиму роботи реактора. У реакторах з періодичним завантаженням нової порції реагентів і відведенням продуктів реакції концентрації реагентів і швидкість процесу зменшуються у міру його здійснення. По довжині безперервно діючого проточного реактора ідеального витискування спостерігається аналогічна залежність. Що стосується реакторів ідеального змішування, то зміни концентрації в них реагуючих речовин і продуктів в часі підтримуються майже постійними від зони завантаження до зони вивантаження маси з апарату (в всьому об’ємі реактору).
Реальний процес хімічних взаємодій є підсумком протікання паралельних і послідовних простих реакцій, кожна з яких йде з швидкістю, яка визначається особливостями умов процесу в системі.
По числу молекул, що беруть участь в елементарному акті хімічного перетворення, розрізняють реакції мономолекулярні, бімолекулярні і тримолекулярні. Оскільки вірогідність одночасного зіткнення трьох молекул мала, тримолекулярні реакції зустрічаються рідко.
Одностороння хімічно зворотня елементарна реакція першого порядку може бути представлена рівнянням
А → Продукти реакції
Швидкість реакції першого порядку рівна:
(6)
де k – коефіцієнт пропорційності (константа швидкості реакції);