Гетерогенные химические реакции лежат в основе подавляющего большинства процессов, реализуемых в промышленности и в исследовательской практике. Теория этих процессов еще далека от завершения, хотя и составляет одну из интенсивно развивающихся областей науки. Важнейшую в этом плане область знаний составляют кинетика и макрокинетика гетерогенных реакций.
Сложность и многообразие задач гетерогенной кинетики опре-дедяк^." по крайней мере двумя особенностями процессов. Первая из них обусловлена локализацией разных стадий сложного процесса в различных структурных элементах химической системы (фазах и поверхностях раздела фаз), что в свою очередь порождает пространственное распределение концентраций и температуры и соответствующие потоки вещества и тепла.
Вторая особенность связана с тем, что гетерогенная система включает одну или несколько конденсированных фаз. Это обстоятельство приводит к затруднениям обмена веществом как в пределах системы, так и с окружающей средой. Поэтому ге терогенные процессы трудно осуществить в открытой системе; как правило, система оказывается полностью или частично закрытой, а процессы—нестационарными. Дело не ограничивается обычно тривиаль-ным изменением концентрации вещества по мере его накопления или расхода. Обусловленные им изменения скоростей реакции приводят к изменению распределений концентраций и температуры и соответствующих потоков вещества и тепла, что в свою очередь влияет на скорости химических и нехимических стадий.
Характеризуя изменения во времени — эволюцию гетерогенной системы, мы должны, следовательно, оценивать и эволюцию соответствующих распределений и вызванные ею изменения скоростей отдельных стадий сложного гетерогенного процесса.
Принципиальное значение в этой ситуации приобретает возможность использования квазистационарного приближения для описания эволюции гетерогенной системы. Это ведет за собой применимость ряда методов кинетического анализа, разработанных для стационарных гетерогенных систем (гетерогенный катализ). В противном случае сложность математического аппарата задач гетерогенной кинетики резко возрастает, а их решение
Оглавление
Предисловие.............................. 3
Часть!
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ КИНЕТИКИ И МАКРОКИНЕТИКИ ГЕТЕРОГЕННЫХ РЕАКЦИЙ
1.1. Введение............................ 5
1.2. Кинетическое описание многостадийной реакции .... 8
1.2.1. Постановка, задачи.................... 8
1.2.2. Кинетика простейших реакций............... 9
1.2.3. Квазистационарные реакции.............. 17
1.2.3.1. Последовательности необратимых стадий..... 18
1.2.3.2. Последовательности обратимых стадий...... 21
1.2.3.3. Разветвленные последовательности........ 33
1.2.3.4. Многостадийные последовательности........ 41
1.2.3.5. Квазистационарность 'при изменении внешних условий..................... 56
1.2.3.6. Кинетика сложной реакции.......... 63
1.3. Элементы теории диффузионной кинетики химических реакций . 71
1.3.1. Введение........................ 71
1.3.2. Постановка задачи.................... 73
1.3.3. Внешняя задача диффузионной кинетики.......... 74
1.3.4. Внутренняя задача диффузионной кинетики........ 80
1.3.5. Влияние стадий адсорбции, растворения и диффузии в конденсированной фазе................... ЮО
1.3.6. Макрокинетические области протекания гетерогенных процессов ........................ 106
1.3.7. Тепловой режим реакции ............... 116
Ч ас'ть 2 1 КИНЕТИКА ТИПОВЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
2.1. Методы экспериментального исследования............. 135
2.2. Реакции в системе газ — жидкость................ 150
2.2.1. Простейшие модели.................... 1^
2.2.2. Определение констант скорости отдельных стадий процесса растворения....................... 1&
2.2.3. Взаимодействие газа с жидкостью в барботажном реакторе *"
2.2.4. Кинетика озонирования. Упрощенные модели...... 1"
2.2.5. Кинетика озонирования с учетом распределения времен пребывания пузырьков в барботажном слое.........
2.3. Реакции в системе газ — твердое тело.............. 180
2.3.1. Введение........................ 180
2.3.2. Феноменологическая теория топохимических реакций . . 182 2.3.2.1. Кинетика образования ядер фаз твердого продукта 184
[ 2.3.2.2. Закономерности реакции в целом......... 189
2.3.3. Кинетический анализ топохимических реакций....... 198
2.3.4. Анализ конкретных реакций.............. 215
2.3.4.1. Реакция, тормозящаяся газообразным продуктом (восстановление Fe304).............. 215
2.3.4.2. Механизм реакции в диффузионной области (кар-бидирование железа).............. . . 222
2.3.4.3. Анализ механизма реакции по кинетическим данным (гидрирование карбида железа)......... 24 &
2.4. Реакции газа с поверхностью твердого тела........... 270
2.4.1. Физическая модель................... 273
2.4.2. Наблюдаемые закономерности.............. 278
2.4.3. Кинетическое описание................. 282
2.4.4. Особенности кинетики образования ядер фазы твердого продукта........................ 288
2.4.5. Окисление восстановленных слоев............. 289
2.4.6. Применение для исследования механизма гетерогенно-каталитического процесса................. 291
2.4.7. Построение кинетических моделей гетерогенно-каталити-ческих реакций.................... 295
2.4.7.1. Стадийный (раздельный) механизм каталитической реакции..................... 296
2.4.7.2. Ассоциативный механизм............. 299
2.5. Макрокинетические особенности сложных гетерогенных систем ?04 Литература............................. 316
Цена: 150руб.
