Реферат: Методы активации химических процессов - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Методы активации химических процессов

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 35 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

15 ПЕРМСКИЙ ГОСУДА РСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Химико-технологиче ский факул ьтет РЕФЕРАТ по курсу " Методы активации химических процессов " на тему : ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ИНТЕНСИФИКАЦ ИИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Выполнил : ст . гр . МАГ- V Нагорный О.В. Проверила : к.х.н . Глушанкова И.С. Пермь , 2000 ВВЕДЕНИЕ Для интенсиф икации технологических процессов применяют разли чные физические факторы воздействия , в частно сти акустические колебания . Изучением взаимодейст вия мощных акустических волн с веществом и возникающих при этом химических и физик о- химических эффектов занимается звукохимия. Изначально вопросы такого рода относились к одному из разделов акустики , однако со временем данный раздел настоль ко разросся , что стал самостоятельной область ю науки , из которого в свою очередь , вы делились молекул ярная акустика и квантова я акустика. Молекулярная акустика изучает вза имодействие слабых акустических волн с вещест вом , которое обычно не приводит к химическ им реакциям в среде. Взаимодействие звуковых квантов – фононо в – друг с другом , с ядрами атомов и с электронами является объектом исс ледования квантовой акустики . Акустические колебания с часто той выше 20 кГц условно принято называть ул ьтразвуковыми , от 15 Гц до 20 кГц – звуковыми , а ниже 15 Гц – инфразвуковыми. В молекулярной акустике использую т гипер звуковые колебания с частотой выше 1 гГц , однако , в звукохимии их не п рименяют. Химическое действие акустических колебаний отличается большим разнообразием . Звуковые и ультразвуковые волны могут ускорять некоторые химические реакции за счет : - эмульгирован ия некоторых жидк их компонентов ; - диспергирования твердых компонентов реакции или катализаторов ; - дегазации , предотвращения осаждения или коагуляции продуктов реакции ; - интенсивного перемешивани я и т.д. Но действие ультразвука , например , на катализаторы н ельзя сводить только к тривиальному диспергир ованию . При определенных условиях обнаруживается повышение активности катализаторов ; природа этих эффектов пока недостаточно ясна. Одной из основных задач зву кохимии является исследование химических реакций , в озникающих под действием акустических колебаний (звукохимических реакций ), которые в отсутствии акустических волн не идут , или идут , но медленно . Поэтому главное вниман ие уделяется звукохимическим реакциям. О РАЗВИТИИ ЗВУ КОХИМИИ Зарождение и развитие зву кохимии было подготовлено обширными иссле дованиями по акустике и химической кинетике . В 1927 году Ричардс и Лумис об наружили , что под воздействием ультразвука в водном растворе выделяется молекулярный иод. Это открытие стало отправной точкой д ля экспериме нтальных поисков новых звукох имических реакций. В 1933 году Бойте показал , что при дей ствии ультразвука на воду , в которой раств орен азот , образуются азотистая кислота и аммиак. Маргулисом , Сокольской и Эльпинером (1964 год ) были осуществлены звукохимическ ие реакц ии стереоизомеризации малеиновой кислоты и ее эфиров в фумаровую , которые идут по ц епному механизму. К настоящему времени опубликовано много работ по звукохимическим реакциям . Примеры звукохимических реакций показаны в таблице 1. В этой таблице так же приведены вел ичины энергетических выходов звукохимических реа кций (число молекул продукта , образовавшихся п ри затрате 100 эВ химико-акустической энергии . Из таблицы видно , что в случае окислительно- восстановительных реакций энергетический выход с оставл я ет несколько молекул , а для цепных реакций достигает тысячи молекул. Таблица 1 Звукохимические реакции Исходн ые вещества Выход реакции , число молекул /100 эВ ; присутствующий газ Основные продукт ы реакции Окислительно-восстановительные реакции Н 2 O 2.31; О 2 Н 2 О 2 KNO 3 +H 2 O 0.03; Ar KNO 2 CH 3 COOH+H 2 O 0.06; N 2 H 2 N-CH 2 -COOH Реакции газов в кавитационной полости N 2 + H 2 O 1.33 H 2 O 2 0.3 HNO 2 0.1 HNO 3 Цепные реакции С H - COOH + Br 2 + H 2 O 2440; Ar HC - COOH CH - COOH HOOCH Реакции с уча стием макромолекул Полистирол +стирол +С 6 H 6 Воздух Пр одукты полимеризации Детонация взрывча тых веществ NCl 3 Возду х Продукты взрыва Реакции в нев одных системах СН 3 СН + СС l 4 Ar N 2 , CH 4 , H 2 O 2 CO, CO 2 , H 2 O КЛАССИФИКАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РЕАКЦИ Й Необходимость классификации ультра звуковых колебаний очевидна . Известно два тип а химического действия акустических колебаний . Отсюда выделяют два типа ультразвуковых реакций . К первому относятся реакции , кот орые ускоряются в ультразвуковом поле , но могут протекать и в его отсутствие с меньшей скоростью . К этой группе эффектов можно отнести ускорение гидролиза диметилсульфат а и персульфата кали я , разложение диазосоединений , ускорение эмульсионной полимериза ции , окисление альдегидов , изменение активности катализаторов , например , катализаторов Циглера в процессе полимеризации. Ко второй группе эффектов отно сятся реакции , которые без воздействия уль тразвуковых колебаний не протекают совсем . Реакции этого типа в зависимости от механизма первичных и вторичных элементарных процессов , можно разделить на следующие шесть классов : 1) Окислительно-восстановительные реакции , которые идут в жидкой фазе между р астворенными веществами и продуктами ульт развукового расщепления воды , возникающими в кавитационных пузырьках и переходящими в раст вор после их схлопывания ; 2) Реакции между раствор енными газами и веществами с высокой упру гостью пара внутри кавитационных п узырько в (эти реакции не могут осуществляться в растворе при воздействии радикальных продукт ов расщепления воды ); 3) Цепные реакции в растворе , которые индуцируются не радикальными продуктами расщепления , а каким либо другим веществом , присутствующим в сис теме и расщепляющимся в кавитационной полости ; 4) Реакции с участием макромолекул , например , деструкция молекул поли мера и инициированная его полимеризации , кото рые могут идти и при отсутствии кавитации . В этом случае значительную роль могут играть высокие градиенты скоростей и ускорения , возникающие под действием ультразвука , микропотоки ; 5) Инициирование взрыва в жидких или твердых взрывчатых веществах . Для этих процессов весьма важно возникнове ние ударных волн и высокиих температур пр и схлопывании кавита ционных пузырьков , а также возможных кумулятивных струй ; 6) Звукохимические реакции в неводных средах . Примерами таких реакций могут служить : - отщепление тетрахлоридом углерода под действием ультразвука хлора. - Также ультразвуковые волны в безводной сред е инициируют мн огие реакци с участием кремнийорганических со единений . Алкилсилоксаны взаимодействуют в ультра звуковом поле с хлористым тионилом : Например , есл и R – CH 3 , за два часа воздействия ультразвука образуется 27.5 % ( CH 3 ) 3 SiCl . Хлорсиланы под действием ультр азвука реагируют с литием , при этом получа ют высокий выход дисиланов по по общей схеме : Процессы , отражаемые приведенными реакциями , используют в технологии синтеза полупроводниковых материалов . КАВИТАЦИЯ Инициирование большинства звукохимических реакций в водном растворе под действием акустических коле баний обусловлено возникновением кавитации . Кавитация это нарушение сплошности жидкости , связанное с образованием , ростом , осцилирование м и схлопыванием парогазовых пузырьков в жидкости . Необходимо отметить , что сплошность среды нарушается только при дост и жении некой пороговой частоты звуковых колеба ний. Очевидно , что лишь часть энергии ультр азвуковых волн , распространяющихся в жидкости , расходуется на образование кавитационных пузырьк ов. Остальная часть идет на возникновение микропотоков , нагревание жидкос ти , образова ние фонтана и распыление жидкости. Энергия схлопывающихся пузырьков расходуется на излучение ударных волн , на локальный нагрев газа , содержащегося в сжимающихся кавитационных полостях , на возбуждение сонолюмини сценции , на образование свободных радикалов , а также на создание шума (см . рис . 1). Е к Е сл Е пс Е кк Е пр Е Е мп Е ха Е н Е ув Е ф Е ш Рис .1. Схема р аспределения энергии при озвучивании объе ма жидкости Е пс - энергия потребляемая из сети ; Е кк - энергия , возникающая в колебательно м контуре генератора ; Е п - энергия излучаемая преобразователей ; Е - общая энергия ; Е к - энергия , затраченная на создание кави тации ; Е мп - энергия образования микропотоков ; Е н - энергия , расходуемая на нагревание жидкости ; Е ф - энергия образования фонтана и расп ыление жидкости ; Е сл - энергия возбуждения сонолюминесценции ; Е ха - химикоакустическая энергия (энергия образования своб одных радикалов ); Е ув - э нергия ударных волн ; Е ш - энергия возникновения шума. Чем к бо лее дальнему правому краю цепочки будет о тнесен энергетический выход реакции , тем боль ше можно извлечь данных о природе первичн ых элементарных актов (например , относить энергетический выход к Е пс не имеет смысла , хотя Е пс очень легк о измерить ). В настоящее время количественно учесть вклад каждого из этих компонентов энергети ческих затрат в процессе образования радикаль ных продуктов расщепления воды не представляе тся возм ожным. Но необходимость оценки энергетического в ыхода ультразвуковых реакций назрела уже давн о. Для оценки химической активности ультразв укового поля Розенберг ввел понятие химикоаку стического КПД ( ХА ) как произведение степен и кавитационного использования акуст ической энергии на коэффициент химической активности кавитации : где Е – акустическая энергия , вводимая в жидкость ; E K – акустическая энергия , затр ачиваемая на образование свободных радикалов , которая называется химико-акустической энергией. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕСС Ы В КАВИТАЦИОННЫХ ПУЗЫРЬКАХ В акустическом поле при н аличии кавитации протекает ряд химических процессов . Их протеканию способствуют высоки е давления , развивающиеся в микрообъеме кавит ационного пузырька. При постоянном содержании газа в пузырьке и давлении окружающей жидкости минимальный радиус кавитационног о пузырь ка определяется по формуле : Давление в пузырьке в этом случае выразится так : где P - давление газа в пузырьке при максимальном радиусе , P 0 – гидростатическое давление , =С P / C v . При адиабатическом характере захлопывания пузырька температура в нем составляет : T max = T 0 [(( -1) P 0 )/ P ] 3( -1) , где T 0 – температура жидкости. При R min =0.1 R max ; P 0 =10 5 Па ; г =3/4; и Т 0 =300 0 С давление газа в пузырьке при ма ксимальном радиусе составит P =3.3 10 3 Па . Подставив эти значения в уравнения (1) и (2), получим , что при захлопыва нии кавитационного пузырька давление достигает P max =3 10 7 Па , а температура Т max =3000 К . Столь высокие т емпературы , развивающиеся в маленькой газонапо лненной полости , создают условия для п оявления в ней электрических зарядов , люминес ценции , богатых энергией диссоциированных и и онизированных молекул , а также атомов и св ободных радикалов. В кавитационную полость могут проникать пары воды , растворенные газ ы , а та кже вещества с высокой упругостью пара , т. е . вещества , которые в отличие от неоргани ческих солей обладает способностью к испарени ю , и не могут проникать ионы или молек улы нелетучих растворенных веществ . Выделяющейся в процессе схлопывания пузырька э нергии достаточно для возбуждения , иониза ции и диссоциации молекул Н 2 О , газов и веществ с высокой упругостью пара внутри кавитационно й полости. Любой из присутствующих газов является активным компонентом , участвуя в передаче э нергии возбуждения , перезарядк е и других процессах . Действие ультразвука на вещества , проникающие в полость , является непосредстве нным , прямым. При схлопывании кавитационного пузырька в раствор переходят радикалы H , OH , ионы и э лектроны малой энергии , образовавшиеся в газо вой фазе при расщеплении молекул Н 2 О и веществ с высокой упругостью пара , продукты их взаимо действия и частичной рекомбинации , а также , метастабильные молекулы Н 2 О * . Эти активные частицы после , переходя в ра створ , сольватируются и реагируют с растворенными веществами . Здесь осуществляется так называемое косвенное действие акустических колебаний. При отсутствии в растворе веществ с высокой упругостью насыщенного пара , способных проникать в кавитационный пузыре к , вн утри него независимо от природы растворенных веществ находятся лишь два компонента : па ры воды и растворенный газ. Поэтому воздействие ультразвуковых колебаний на водные растворы сводится , в конечном счете , к единственному процессу - расщеплению молеку л воды в кавитационных пузырьк ах. В связи с этим звукохимический КПД для различных звукохимических реакций оказывае тся величиной , зависящей только от природы растворенного газа. Большинство химических реакций в растворе инициировалось звуковыми волнами раз ной частоты . Многие исследователи не обнаружили в пределах ошибки эксперимента влияние ч астоты на эффективность звукохимических реакций. Вместе с тем известно , что при оче нь высоких частотах (выше 3 МГц ) некоторые р еакции осуществить не удается , так как в этих условиях затрудняется возникновение кавитации . С другой стороны для осуществлен ия звукохимических реакций необходимо достижение пороговой мощности , при которой возникает кавитация. ЭРОЗИЯ И ДИСПЕ РГИРОВАНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ В настоящее время ультразвук ши ро ко используется в технологии для диспергирова ния твердых тел и очистки их поверхности . По своей природе к этим процессам бл изка эрозия поверхности твердых тел , возникаю щая под действием кавитации . Так как в каждом из этих процессов осуществляется ра зрыв связей в кристаллической решетке , рассматривать их будем совместно. Существуют различные методы исследования кавитационной эрозии . Весьма широко применяется метод , по которому измеряется убыль массы небольшого алюминиевого образца , помещенного в исследуему ю точку кавитационного поля ; исследуется также разрушение поверхности стекл янной пластинки и светочувствительного фотослоя ; измеряется суммарная площадь отверстий , обра зовавшихся в алюминиевой фольге под действием кавитации. Разрушение агломератов в акусти ческом поле происходит под действием ударных во лн , микроструек жидкости , и так называемых фрикционных потоков , образующихся при торможении акустических течений у твердой плоской п оверхности. Для оценки эрозионной эффективности акуст ической энергии , которая связана с энерг ией ударных волн , образованных кавитационными пузырьками , вводят понятие эрозионно-акустического КПД : эр =Е м /Е, где Е м - энергия , затрачив аемая на механическое эрозионное разрушение . Существуют методы расчета Е м , базирующиеся на данных об энергиях связей в кристаллическом вещ естве. ВЛИЯНИЕ АКУСТИЧЕСК ИХ КОЛЕБАНИЙ НА СОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ Несмотря на широкое распространение сорбционных процессов в современной химической технологии , их при менение в целом ряде пр оцессов ограни чено из-за недостаточно высокой емкости сорбе нтов или же из-за длительности их насыщени я. В многих работах показано , что использ ование колебаний акустических колебаний в про цессах сорбции позволяет резко сократить прод олжительность насыщения сорбента , а в не которых случаях и увеличить его емкость. Наиболее характерным примером ускорения с орбции при воздействии акустических колебаний является процесс абсорбции газа жидкостью . Известно , что в этом процессе при соприкос новении жидкости и газа на поверхности раздела обеих фаз образуется жидкостная и газовая пленки . Растворимый компонент газов ой смеси диффундирует сквозь газовую пленку , обедненную этим компонентом . Эти пленки на границе раздела фаз создают большое ди ффузионное сопротивление и , как с лед ствие этого , замедляют протекающий процесс. Для ускорения процесса обычно используют следующие методы или их сочетания : увелич ение поверхности контакта ; взаимодействие абсорбе нта с абсорбируемым веществом , влияющее на изменение профиля концентрации в аб сор бенте ; турбулизация жидкости и газа для со здания условий массопереноса под действием ту рбулентной диффузии . Именно на турбулизирующем действии акустических колебаний и основывается сокращение времени насыщения сорбента в акустическом поле. Наиболее выго дно применять акустическ ие колебания для интенсификации процесса абсо рбции , когда механическая турбулизация жидкости невозможна . Использование акустических колебаний для увеличения емкости сорбента возможно лишь в случае использования твердого сорбента . Т вердые сорбенты , как известно бывают д вух типов : микрокристаллические (пористые ) со с редним размером пор больше 150 Е и смолистые (ионитовые ) - с размером пор менее 5 Е . Увеличение емкости сорбента при воздейств ии акустических колебаний происходит вследс твие того , что кавитационные пузырьки вскрыва ют новые поры в зернах. При акустическом воздействии на микрокрис таллический сорбент изменяется не только пове рхностный слой зерен , но и капилярная стру ктура сорбента . В некоторых случаях возможно также п овышение некомпенсированных молек улярных сил поверхности , включая поверхность стенок микро - и макрокапиляров. Вследствие различной механической прочности , время акустического воздействия подбирается для каждого сорбента индивидуально. Например , при одномин утном акустическ ом воздействии на анионит АВ -17 величина с орбционной емкости не изменилась и осталась равной 144 мг /г . Одноминутное акустическое воздействие на анионит ЭДЭ -10П поднимает его сорбционную емкость со 134 до 152 мг /г . При 15-м и нутном воздействии емкость анионита АВ -17 возрастает до 190 мг /г , а анионита ЭДЭ -10П падает до исходной вс ледствие разрушения поверхности зерен. При применении твердого сорбента акустиче ские колебания также способны значительно инт енсифицировать пр оцесс сорбции . Это проис ходит в результате снятия диффузионных ограни чений в поверхностном адсорбционном слое и выравнивания концентрации при перемешивании жи дкости . Данные по сорбции иона натрия из раствора на катионите СГ -1 (рН =8) свидетельс твуют о том, что акустическое возд ействие повышает скорость сорбции примерно в два раза. Специальная аппаратура для процессов акус тической сорбции в настоящее время не вып ускается , поэтому используются акустические аппар аты , выпускаемые для других целей . При исп ользова нии твердого сорбента , в связи с трудностью проникновения акустических колебани й вглубь слоя сорбента , применяют аппараты с большой излучающей способностью (ванны ). Во избежании разрушения сорбента при воздействии акустических колебаний необходим пос тоянны й контроль процесса. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАН НОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Новицкий Б.Г . Применение акустических к олебаний в химико-технологических процессах . М .: Химия . 1983. 191 с. 2. Маргулис М.А . Основы звукохимии . М .: Х имия . 1984. 260 с. 3. Гиневски й А.С . Аэроакустическое вза имодейстиве . М .: Машиностроение . 1978. 178 с. 4. Исакович М.А . Общая акустика . М .: Наук а . 1973. 552 с. 5. Кардашев Г.А . Физические методы интенси фикации процессов химической технологии . М .: Хи мия . 1990. 206 с.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Нам с женой не в чем друг друга упрекнуть, поэтому мы дерёмся молча.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Методы активации химических процессов", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru