Математика	Физика	Химия	Биология	Техника и технологии
	Диффузия и теполопередача в химической кинетики-Д.А.Франк-Каменский Москва 1947 стр.370 ПРЕДИСЛОВИЕ В последние годы в химической кинетике развилось новое оригинальное направление, стремящееся к комплексному изучению химического процесса в сочетании с физическими процессами передачи тепла и вещества. Наметилась возможность неожиданного синтеза таких, казалось бы, далеких областей науки, как химическая кинетика, с одной стороны, и теория теплопередачи, диффузии, гидродинамика— с другой. Процессы, которые раньше считались в классической кинетике возмущениями, искажающими ход химической реакции, приобрели особый интерес именно в комбинации с химическим процессом. Такое сочетание кинетики с теорией диффузии, теплопередачи, гидродинамикой позволило получить ряд теоретически ценных результатов, разработать новые методы изучения скоростей реакций и подвести научный фундамент под теорию таких важных технических процессов, как горение, растворение, основные процессы химической технологии. В разработке этого научного направления принял участие ряд исследователей в разных странах. Предводителев, Кнорре, Вулис (в теории горения угля), Жаворонков (в теории процессов и аппаратов химической технологии), Темкин, Бо-ресков (в теории катализа) — в Советском союзе; Хоттель, Майерс, Бурке и Шуман, Шервуд, Чильтон и Кольберн, Льюис и Эльбе, Дамкелер, Фишбек — за рубежом.
В Институте химической физики АН СССР, специально занимающемся вопросами кинетики химических реакций и теории горения, велись, в частности, и работы по макроскопической кинетике. Достаточно назвать хорошо известные работы Еловича, Тодеса, Зельдовича и его школы. Из этой школы вышел и автор настоящей книги. В предлагаемом вниманию читателей труде впервые не только в советской, но и в мировой научной литературе дано развернутое систематическое изложение всех разделов макроскопической кинетики с единой, оригинальной точки зрения. При этом автору удалось разработать новые плодотворные методы, выделить важные предельные области, .ввести ряд новых физических понятий и получить ценные научные результаты. Можно сказать, что этот труд знаменует собой начало превращения макроскопической кинетики в самостоятельный раздел науки. Автору удалось показать, что рассматриваемые вопросы имеют не только частное и прикладное, но и общее научное значение, представляют общий теоретический интерес. Книга представляет собой оригинальную монографию, излагающую проблемы, в разработке которых ее автор принимал самое активное и непосредственное участие. Не претендуя на абсолютную полноту и объективность в выборе материала, она отличается единством подхода, наличием оригинальной и последовательно проводимой точки зрения. Не по всем излагаемым в книге вопросам воззрения автора получили всеобщее признание. В частности, развиваемые в V главе представления о свойствах ламинарного подслоя являются спорными. Но постановка этих вопросов, во всяком случае, будет стимулировать дальнейшее развитие науки. Советская наука заняла уже почетное место в области химической кинетики вообще и макроскопической в частности. Есть все основания надеяться, что настоящая книга будет стимулировать дальнейшее развитие в этой области, а также поможет очень многим химикам, физикам и инженерам, работающим над прикладными вопросами. Академик Н. Н. Семеноь ОТ АВТОРА „Я не токмо в разных авторах усмотрел, но и собственным искус-' ством удостоверен, что Химические Эксперименты, будучи соединены с Физическими, особливые действия показывают" М. В. Ломоносов Проект о учреждении химической лаборатории при Имп. Академии Наук. Март 1745 году> Роль физических факторов в протекании химических реакций — такова тема этой книги. Еще двести лет назад Ломоносов предвидел, насколько плодотворным должно быть соединение химии с физикой. И вплоть до наших дней развитие науки приносит все новые тому подтверждения. В развитии идей, которым посвящена эта книга, принимали участие многие. Выражаю свою глубокую признательность моим учителям: Я. Б. Зельдовичу, Л. Д. Ландау, Н. Н. Семенову. От души благодарю моих ближайших сотрудников: Эрну Блюм-берг, Н. Я. Бубена, Ц. М. Клибанову, И. Е. Сальникова, Елену Фридман. За интерес к моим работам и ряд ценных советов и замечаний благодарю Г. Н. Абрамовича, А. А. Андронова, А. П. Ваничева, В. В. Воеводского, Л. А. Вулиса, В. И. Гольданского, М. В. Келдыша, Г. Ф. Кнорре, Е. М. Минского, М. Б. Неймана, В. В. Померанцева. ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ............................ 3 От автора.............................5 Глава I. ВВЕДЕНИЕ...................... 7 Сведения из химической кинетики ............... 9 Скорость реакции...................... 9 Простые и сложные реакции................ 10 Порядок реакции и энергия активации ........... ]0 Автокатализ и промежуточные продукты.......... 11 Цепные реакции ...................... 12 Стационарное и нестационарное протекание реакци i..... 13 Гетерогенные реакции.................... Л6 Сведения из теории диффузии и теплопередачи......... 17 Подобие процессов диффузии и теплопередачи........ 17 Теплопроводность и диффузия в неподвижной среде..... ]8 Свободная и вынужденная конвекция............ 19 Ламинарный и турбулентный режим............. 20 Коэффициенты переноса................... 20 Коэффициент турбулентного обмена............. 22 Коэффициент теплоотдачи.................. 23 Константа скорости диффузии................ 24 Теория подобия....................... 25 Приведенная пленка..................... 3] Внешняя и внутренняя задачи................ 32 Коэффициент сопротивления и аналогия Рейнольдса..... 33 Уравнения связи между критериями............. 37 Продольное обтекание пластины............... 44 Конвекция в слое...................... 45 Дифференциальные уравнения теплопроводности и диффузии . 46 Анализ дифференциальных уравнений методом теории подобия 47 Глава П. ДИФФУЗИОННАЯ КИНЕТИКА............ 33 Метод равнодоступной поверхности.....•....'.... 54 Реакция первого порядка ...... ............ 56 Диффузионная и кинетическая области............ 57 Примеры протекания химических реакций в диффузионной области 60 Горение угля.......................• 62 Реакция дробного порядка.................. 67 Кинетика растворения.................... 73 Гетерогенный обрыв в цепных реакциях........... 78 Реакция на стенках замкнутого сосуда............ 80 Диффузионная кинетика сложных реакций............ 88 Случай нескольких диффундирующих веществ........ 88 Обратимые реакции..................... 94 Параллельные и последовательные реакции.......... 96 Автокаталитические реакции................. 101 Равнодоступная поверхность.................. ЮЗ Пористая поверхность..................... ЮЗ Диффузия через мембраны................... 117 Диффузия через поры..................... 121 Образование твердых пленок.................. 122 Микрогетерогенные процессы.................. J24 Глава III. СТЕФАНОВСКИЙ ПОТОК.............. 1X3 Метод Максвелла — Стефана.................. 143 Конденсация паров в присутствии неконденсирующихся газов . . 147 Глава IV. НЕИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ДИФФУЗИЯ......... 150 Уравнения теплопроводности и диффузии при одновременном протекании обоих процессов................... 150 Законы Энскога — Чепмена................... 151 Закон термодиффузии в форме Фика.............. 154 Приближенная теория неизотермической диффузии....... 156 Приближенный вид закона диффузионной теплопроводности ... 157 Дифференциальные уравнения теплопроводности и диффузии при одновременном протекании обоих процессов......... 158 Глава V. ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА.......... 161 Конвективная диффузия в жидкостях и распределение скоростей вблизи твердой поверхности................. 162 Диффузионный слой................... 164 Ламинарный подслой.................. 165 Анализ размерностей.................. 167 Общие формулы......................]70 Отсутствие ламинарного подслоя............... ]74 Теория Ландау и Левича.................. 176 Ламинарный подслой при отсутствии сопряжения....... 178 , Эмпирические формулы................... 181 Распределение скоростей в турбулентном потоке....... 184 Ламинарный подслой с зоной сопряжения.......... 187 Сопоставление различных допущений о распределении скоростей ........................... 194 , Диффузия к взвешенным частицам и локальная структура турбулентности .......................... 197 Глава VI. ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ ......................-..... 203 Теория теплового самовоспламенения.............. 204 Стационарная теория теплового взрыва ........... 206 Нестационарная теория теплового взрыва .......... 214 Тепловое распространение пламени............... 218 Теория Даниэля . . . .'.................... 223 Теория Зельдовича ..................... 226 Диффузионное распространение пламени........... 232 Глава VII. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР В РЕАКЦИОННОМ СОСУДЕ И СТАЦИОНАРНАЯ ТЕОРИЯ ТЕПЛОВОГО ВЗРЫВА 235 Стационарная теория....................... 235 Поправка на выгорание за период индукции........... 252 Тепловой взрыв в случае автокаталитических реакций...... 253 Экспериментальная проверка теории теплового взрыва ...... 254 Глава VIII. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПЛАМЕНИ.......... 263 Уравнение ц граничные условия................ 263 Единственность решения.................... 265 Тепловое распространение пламени............... 268 Метод теплового потока.................... 271 Диффузионное (цепное) распространение пламени при автокатализе второго порядка .................... 273 Горение в движущемся газе.................. 275 Турбулентное горение ..................... 276 Глава IX. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ГЕТЕРОГЕННЫХ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ...................... 280 Качественная теория явлений воспламенения и потухания при произвольной кинетике реакции............... 283- Математическая теория явлений воспламенения и потухания для реакции первого порядка ..... ............. 285 Стационарный разогрев поверхности.............. 296 Поправка на термодиффузию и диффузионную теплопроводность 303 Поправка на стефановский поток .............. 309 Экспериментальные данные................. 317 Тепловой режим слоя или канала................ 322 Приложения.......................... 329 Тепловой режим контактных аппаратов........... 331 Горение угля........................ 333 Каталитическое окисление изопропилсвсто спирта ...... 336 Каталитические газоанализаторы ............... 339 Глава X. ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКЕ.......................... 341 . Условия колебательного протекания реакции в окрестности квазистационарных концентраций ................ 341 Релаксационные и кинетические , колебания......• . . . . 344 Система Вольтерра—-Лотка.................. 345 Периодические процессы при окислении углеводородов..... 347 Термокинетические колебания ................. 349 Принятые обозначения................. ... 353 Именной указатель...................... 358 Предметный указатель..................... 361 Цена: 150руб.
Назад	Заказ	На главную страницу