|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Избранные главы физической химии (введение в химическую макрокинетику)учебный курс
- Автор: Иванов Владимир Александрович
- Год создания: 2015
- Организация: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Описание: Цель: обучение современным представлениям о макрокинетическом моделировании химических процессов, используемых в решении фундаментальных и прикладных химических задач. Задачи: ознакомить учащихся с принципами построения макрокинетических моделей химических процессов, в которых происходит перенос вещества и энергии в пространстве. Основные разделы курса: Уравнения эволюции неравновесной системы во времени и в пространстве (законы сохранения массы, энергии и импульса) Уравнения баланса вещества в многокомпонентной неравновесной системе. Уравнение сохранения массы Уравнение баланса энергии в неравновесной системе Частные формы уравнений баланса энергии. Уравнение баланса количества движения (перенос импульса в вязкой среде) Уравнение баланса количества движения (перенос импульса в вязкой среде) Процессы в неподвижных средах (диффузионная кинетика). Математическое описание диффузионного переноса вещества через мембрану. Процессы в неподвижных средах (диффузионная кинетика). Необратимая реакция первого порядка в таблетке катализатора.. Математическое описание диффузионного переноса вещества в сферическую сорбирующую частицу. Процессы в движущихся средах (конвективная кинетика). Гомогенный реактор идеального вытеснения Макроскопические модели переноса вещества в гетерогенных диспергированных системах Иерархия макроскопических одномерных моделей переноса вещества в двухфазных системах в колоннах. Влияние формы изотермы равновесия на характер размывания сорбционного фронта. Стационарный фронт сорбции (рассмотрение в рамках неравновесной модели идеального вытеснения). Сопоставление тарелочной теории с макрокинетическим моделированием в описании сорбционного фронта. Размывание импульсного сигнала в элюативной хроматографии. Нахождение ВЭТС (ВЭТТ). Описание процессов разделения веществ в колоннах. Программа курса: Представления о роли переноса массы вещества и энергии в химических технологических и иных процессах. История возникновения макрокинетики как научной дисциплины. Основные задачи и разделы макрокинетики. Задачи химической макрокинетики. Задачи курса «Введение в химическую макрокинетику.» Макроскопические параметры состояния неравновесной системы. Фундаментальное уравнение баланса экстенсивной величины в неравновесной системе. Вывод уравнений эволюции для одномерного и трехмерного случаев. Уравнения баланса вещества в многокомпонентной неравновесной системе. Уравнение сохранения массы. Частные формы уравнения баланса - однородные и стационарные процессы, термодинамическое равновесие, процессы переноса вещества. Диффузия вещества в неподвижной среде, коэффициент диффузии. Диффузия вещества в движущейся среде. Первый закон термодинамики в открытой и закрытой системах. Уравнение баланса энергии в неравновесной системе. Макроскопические параметры: плотность энергии, плотности конвективного и кондуктивного потоков энергии, мощность внутреннего источника (или стока) энергии. Частные формы уравнений баланса энергии: уравнение баланса при отсутствии химических реакций, уравнение баланса энергии при химической реакции. Количество движения. Второй закон Ньютона. Вектор плотности количества движения. Тензор конвективной составляющей плотности потока импульса. Кондуктивная (молекулярная) составляющая плотности потока импульса. Источник импульса - макроскопические силы, действующие на рассматриваемую систему. Уравнение сохранения (баланса) количества движения (импульса). Уравнение сохранения (баланса) количества движения (импульса) для несжимаемых жидкостей. Уравнения Навье-Стокса. Расчет профиля скорости в ламинарном потоке жидкости в цилиндрическом канале. Преобразование уравнения навье Стокса для цилиндрического канала. Граничные условия. Решение задачи. Параболический профиль скоростей в цилиндрическом канале. Примеры промышленных мембранных процессов переноса вещества. Задача о диффузии вещества через двухслойную мембрану – математическая постановка задачи, решение и анализ. Скоростьопределяющая стадия. Коэффициент массопереноса и сопротивление массопереносу. Внешнедиффузионный слой Нернста. Аддитивность составляющих сопротивления массопереноса. Некоторые примеры промышленных катализаторов. Форма частиц катализаторов. Кинетика реакций во внутренней диффузионной области. Кинетическая задача Зельдовича - Тиле и ее решение для реакции первого порядка. Параметр Тиле. Характерное время диффузии и характерное время реакции. Кинетический и диффузионный режимы. Интегральная характеристика наблюдаемой скорости химической реакции в таблетке катализатора. Некоторые примеры промышленных сорбентов. Форма частиц сорбентов. Примеры промышленных сорбционных процессов. Задача о сорбции вещества в сферическую частицу – математическая постановка задачи, преобразование в сферическую систему координат, решение и анализ. Определение коэффициента диффузии в сферическом зерне сорбента. Некоторые примеры промышленных каталитических процессов в гомогенных средах. Формулировка задачи о химической реакции в гомогенном реакторе идеального вытеснения. Решение задачи для реакций 1-ого и 0-ого порядков. Анализ решений. Время пребывания в реакторе. Сравнение с решением для реактора идеального смешения. Постановка задачи с учетом параболического профиля скоростей в канале. Учет усредненных по сечению концентраций и коэффициента продольной дисперсии. Проблема граничных условий при учете дисперсионной модели продольного переноса вещества. Типы двухфазных систем, используемых в процессах разделения и очистки веществ. Примеры промышленных процессов разделения и очистки веществ в массообменных системах. Уточнение уравнения баланса вещества для гетерофазной системы с диспергированными фазами. Модели продольного переноса вещества - модель поршневого движения фаз (или модель идеального вытеснения) и диффузионная (дисперсионная) модель. Коэффициенты продольной дисперсии (диффузии). Кинетические модели межфазового переноса (функция источника) – внутридиффузионная и внешнедиффузионная модели. Коэффициенты массоотдачи. Коэффициенты массопереноса. Движущая сила массопереноса. Иерархия макроскопических одномерных моделей переноса вещества в двухфазных системах в колоннах. Равновесная модель идеального вытеснения. Внутридиффузионная и внешнедиффузионная неравновесные модели идеального вытеснения. Равновесная дисперсионная модель. Неравновесные дисперсионные модели. Некоторые примеры промышленных сорбционных процессов в колоннах. Фронт сорбции – стационарный и размывающийся фронты. Основные типы уравнений адсорбции. Влияние формы изотермы равновесия на характер размывания сорбционного фронта (рассмотрение в рамках равновесной модели идеального вытеснения). Задача об описании стационарного фронта сорбции в рамках неравновесных моделей идеального вытеснения. Уравнение рабочей линии. Скорость движения стационарного фронта. Условие образования стационарного фронта. Высота единицы переноса (ВЕП). Способы определения ВЕП. Характер распределения компонента по фронту в зависимости от вида неравновесной модели идеального вытеснения. Задача об описании стационарного фронта сорбции в рамках равновесной дисперсионной модели. Сопоставление с решением в рамках неравновесных моделей идеального вытеснения. Описание стационарного фронта ионообменной сорбции в рамках представления о теоретической тарелке. Сравнение ВЭТС и ВЕП. Сопоставление тарелочной теории с макрокинетическим моделированием в описании сорбционного фронта. Аддитивность вкладов сопротивления массопереносу и продольного перемешивания в значение ВЕП и ВЭТС. Виды хроматографии – элюативная, вытеснительная и фронтальная хроматография. Причины разделения веществ при движении смеси по слою сорбента. Принципы макрокинетического моделирования процессов хроматографического разделения. Задача о размывании импульсного сигнала в элюативной хроматографии в рамках равновесной диффузионной модели. Характерный линейный размер модели как аналог ВЭТС. Способ определения характерного линейного размера РД модели по элюативной кривой. Нахождение величины равновесного коэффициента разделения или коэффициента Генри по положению максимума хроматографической кривой. Примеры процессов разделения веществ в колоннах: ректификация, химический изотопный обмен, фронтальное сорбционное разделение. Способы обращения потока. Задача о разделения веществ в противоточной массообменной колонне с обращением потоков. Решение задачи. Расчет параметров колонны в зависимости от производительности и степени разделения.
- Добавил в систему: Иванов Владимир Александрович
Преподавание курса
- 5 сентября 2018 - 29 декабря 2018 Иванов Владимир Александрович
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет
- обязательная, вариативной части, лекции, 36 часов
- Автор: Иванов Владимир Александрович