химический каталог




Курс физической химии. Том II

Автор Я.И.Герасимов

где N — числа молей соответствующих газов; fti, k2 и k$ — константы скоростей соответствующих реакций первого порядка; и — мощность разряда.

В уравнениях (X, 1) и (X, 2) учтена пропорциональность между скоростью реакции и мощностью разряда.

Интегрируя выражение (X, 1) от 0 до г и от No до NCH„ получим

NCH = N0e~{kl+h) ut (Х,3)

Заменим согласно сказанному ранее время реакции t величиной, обратной объемной скорости газа (1/V) (при этой замене числовое значение и размерность констант k± и k2, конечно, изменяются) и после простых преобразований получим выражение для общей степени превращения метана Д:

д в = 1 — е v (Х,4)

Л/о

Таким образом, величина Д оказывается выраженной в виде функции удельной энергии, т. е. отношения u/V, которое представляет собой количество энергии, приходящейся на единицу объема исходного газа при нормальных условиях.

После подстановки Ncut из уравнения (X, 4) в уравнение (X, 2), интегрирования и аналогичных преобразований получим выражение для степени превращения метана в ацетилен:

_ 2^сгн2 fei Г -(*,+*«-WT

Y N0 ki + ft2 - ft3 L 6

Наконец, выразим, в виде функции удельной энергии расход энергии на кубический метр ацетилена (а), приведенного к нормальным условиям. Можно показать, что

V у

ki

— (ki + kl — ks)

1г[^Ш (x,6>

v\

если мощность выражена в киловаттах, а скорость протока газа— в кубических метрах в час.

Остановимся на размерности и физическом смысле констант ki в формулах (X, 4), (X, 5) и (X, 6). Так как константы входят сомножителями с удельной энергией в безразмерные показатели степеней, .то размерность их обратна размерности ujV, т. е. суще

0,8

lie*

<

+

!

V

ственно отлична от. размерности констант скоростей в обычных уравнениях химической кинетики. Так, если u/V выражено в киловатт-часах на кубический метр газа, приведенного к нормальным условиям, разхмерность ki будет выражена в кубических метрах на киловатт-час.

Обсуждаемые константы характеризуют способность разряда производить на единицу затраченной энергии то или иное химическое превращение. В связи с этим было предложено назвать их энергетической эффективностью химического действия разряда.

На рис. X, 4 сопоставлены результаты расчетов по формулам (Х,4), (Х,5) и (Х,6) (сплошные кривые) с опытными данными (условные обозначения, соответствующие разным опытам) по электрокрекингу метана до ацетилена.

ft С

О

«3 <м

Рис. X, 4. Зависимости щ степени общего превращения метана А, степени превращения метана в ацетилен у и расхода энергии на получение 1 м3 ацетилена а от удельной энергии.

Опыты проводились в трехфазной дуге при пониженном давлении, изменявшемся в разных сериях опытов от 40 до 150 мм рт. ст. Силу тока дуги изменяли от 0,5 до 5 а, а расстояние между электродами— от 18 до 55 см. Несмотря на такое - разнообразие условий эксперимента, опытные данные удовлетворительно описываются расчетными кривыми, т. е. являются функциями только u/V. Экспериментально определенные константы в этом случае равны: ki == 0,317; k2 = 0,026, kz = 0,058 мУквт-ч.

Общая энергетическая эффективность разряда в отношении превращения метана, т. е. сумма &i + &2, равна 0,343 мг/квт- ч.

В других опытах и в совершенно иной аппаратуре, но также в дуговом разряде и при пониженном давлении было получено близкое значение k\ + k2, а именно 0,373 мъ/квт • ч. При давлении, близком к ч атмосферному, сумма k\ + ki оказалась равной

0,196ж3/кбг- ч. Таким образом, с повышением давления энергетическая эффективность дуги в отношении электрокрекинга метана уменьшается. Переход дуги в тлеющий разряд с малой силой тока при низком давлении также ведет к уменьшению энергетической эффективности.

Кинетика синтеза окиси азота. Составляя кинетическое уравнение для обратимой реакции N2 + 02 2NO, обозначим концентрацию окиси азота через х, а мало изменяющиеся концентрации азота и кислорода включим в константу Ki', допустим также второй порядок реакции разложения N0. Тогда

•^ = К\и- К'2их2 (Х,7)

После интегрирования этого уравнения при постоянной мощности разряда и и замене времени t обратной скоростью протока газа \/V получим

1_е (Х,8)

1 +е v

Это уравнение согласуется с предельными условиями, характеризующими опытную зависимость процента окиси азота от удельной энергии, и в ряде случаев хорошо описывает экспериментальные данные. В других случаях лучше соответствует опыту первый порядок реакции разложения окиси азота. Тогда вместо уравнения (X, 8) получается уравнение

К2 - , (Х,9)

Кинетика синтеза азона в барьерном разряде. Влияние примеси постороннего газа. Для обратимой реакции образования озона (3/202^03) зависимость степени превращения Д кислорода в озон выражается уравнением, аналогичным (X, 9) (при тех же допущениях):

А = ~-\\~е у) (К, 10)

А 2

Важное значение имеет изучение кинетики синтеза озона из смесей кислорода с аргоном и кислорода с азотом. В этом случае в формуле (X, 10) энергию следует относить к парциальному объему кислорода н/КОг. Тогда выясняется независимость кинетических констант и степени превращения кислорода в озон от состава газовой смеси. Таким образом, аргон играет роль лишь инертного разбавителя, не потребляющего энергию.

Совсем другие результаты получены при изучении синтеза озона из смесей кислорода с азотом. Как оказалось, при изменении содержания азота в его смеси с кислородом стационарная степень превращения кислорода в озон проходит через резко выраженный максимум, соответствующий 68% N2. Следовательно, азот участвует в реакции синтеза озона как активатор. Это особенно отчетливо видно при сравнительно небольших содержаниях азота в смеси, когда по сравнению с чистым кислородом получаются не только большие степени превращения, но и большие абсолютные концентрации озона. Например, при прочих равных условиях опыта в техническом кислороде (~0,5% N2) стационарное содержание озона составляло 5,3%, а в смеси с 19% N2 — 6,5%. По-видимому, присутствие азота способствует более эффективному использованию энергии, затрачиваемой в разряде, на синтез озона. Очевидно, существует какой-то механизм передачи энергии, поглощенной азотом, активируемым молекулам кислорода. Этот механизм будет обсужден в § 7 в связи с так называемой теорией энергетического катализа.

§ 7. Механизм химических реакций в разрядах

Разнообразие условий в различных электрических разрядах, от низкотемпературного тлеющего разряда при низком давлении до сверхмощного импульсного разряда, температуры в котором достигают 106 °С, не позволяет, по-видимому, говорить о какой-то единой и всеобъемлющей теории химических реакций в электрических разрядах. Такой теории нет, однако можно наметить основные направления, в которых развивается теоретическое изучение реакций в разрядах.

Источником энергии в разряде является электрическое поле, сообщающее ускорение в первую очередь свободным электронам, которые передают свою энергию молекулам газа посредством упругих и неупругих ударов. В результате неупру

страница 61
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173

Скачать книгу "Курс физической химии. Том II" (5.2Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
zanussi zrb 320
дверные ручки для межкомнатных дверей качественные
гироскутер акамулятори
анализ крови на ферритин в саратове

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(25.09.2017)