Реферат: Основи формальної кінетики. Швидкість хімічної реакції
- гідродинамічна характеристика умов контакту реагентів;
- особливості массо- і теплообміну з зовнішнім середовищем;
- комплекс операцій і методів обробки реакційних мас у сполучених з реактором апаратах.
Аналіз переліку факторів показує, що чисто хімічні з них роблять тільки частину загального впливу. Іноді вони визначають у цілому швидкість процесу, наприклад при каталітичному його здійсненні. Для гетерогенних некаталітичних процесів переробки полідисперсних, полімінеральних систем оцінка і виділення в окрему групу хімічних факторів представляє часом важку задачу. Сполучення технологічних стадій (кристалізація - фільтрування, окислювання газу - абсорбція продукту - очищення вихлопного газу й ін.) приводить до того, що швидкість процесу визначається швидкістю стадії, яка лімітує.
2. Основи формальної кінетики. Швидкість хімічної реакції
При перебігу реакції
(1)
зліва праворуч концентрація речовин А 1 і А 2 зменшується, а концентрація речовин А 3 і А 4 збільшується.
Швидкість реакції (1) визначається зміною концентрації реагентів за 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 в 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 за одиницю часу, і знак мінус, якщо швидкість визначається по зміні концентрації початкової речовини.
Відповідно до закону діючих мас швидкість реакції V пропорційна добуткові концентрацій реагуючих речовин у ступенях, рівних їхнім стехіометричним коефіцієнтам у рівнянні швидкості реакції. Для елементарної реакції (1), що протікає зліва праворуч (пряма реакція), швидкість реакції V виражається рівнянням
(3)
де k1 - стала пропорційності - константа швидкості прямої реакції;
С 1 і C 2 - концентрації речовин A 1 і А 2 .
Таким чином, рівняння швидкості масопередачі для гомогенного процесу може бути представлене у вигляді
(4)
Рівняння швидкості масопередачі гетерогенних процесів
(5)
де 
- коефіцієнт масопередачі;
F - поверхня розділу фаз;
∆C - рушійна сила процесу.
Коефіцієнт масопередачі - це кількість речовини в кілограмах, передана з однієї фази в іншу через поверхню розділу фаз, рівну 1 м 2 , при рушійній силі процесу, яка дорівнює 1 кг/м 3 , протягом 1 год. При цьому розмірність коефіцієнта масопередачі буде м/год . Коефіцієнт масопередачі в гетерогенному процесі складна величина, що залежить не тільки від хімічних властивостей реагуючих речовин, але і від їхніх фізичних властивостей, швидкостей потоків, ступеня перемішування, а в ряді випадків від конструктивного оформлення реактора.
Часто швидкість процесу V виражають зміною кількості dN и вихідної речовини або його концентрації dC и , кількості або концентрації продукту dN п і dC п , а також ступеня перетворення β за час dτ:
Є розходження в характері зміни швидкостей процесів у залежності від режиму роботи реактора. У реакторах з періодичним завантаженням нової порції реагентів і відводом продуктів реакції концентрації реагентів і швидкість процесу зменшуються в міру його здійснення. По довжині безперервнодіючого проточного реактора ідеального витиснення спостерігається аналогічна залежність. Що стосується реакторів повного змішування, то концентрації в них реагуючих речовин і продуктів підтримуються майже постійними від зони завантаження до зони вивантаження маси з апарата.
Реальний процес хімічних взаємодій є підсумком протікання рівнобіжних і послідовних простих реакцій, кожна з яких йде зі швидкістю, обумовленою особливостями умов процесу в системі.
По числу молекул, що беруть участь в елементарному акті хімічного перетворення, розрізняють реакції мономолекулярні, бімолекулярні і тримолекулярні. Оскільки імовірність одночасного зіткнення трьох часток мала, тримолекулярні реакції зустрічаються рідко.