Методы активации химических процессов
Другие рефераты
ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Химико-технологический факультет
РЕФЕРАТ
по курсу " Методы активации химических процессов "
на тему:
ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ИНТЕНСИФИКАЦИИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Выполнил: ст. гр. МАГ-V
Нагорный О.В.
Проверила: к.х.н. Глушанкова И.С.
Пермь, 2000
ВВЕДЕНИЕ
Для интенсификации технологических процессов применяют различные
физические факторы воздействия, в частности акустические колебания.
Изучением взаимодействия мощных акустических волн с веществом и возникающих
при этом химических и физико-химических эффектов занимается звукохимия.
Изначально вопросы такого рода относились к одному из разделов
акустики, однако со временем данный раздел настолько разросся, что стал
самостоятельной областью науки, из которого в свою очередь, выделились
молекулярная акустика и квантовая акустика.
Молекулярная акустика изучает взаимодействие слабых акустических волн
с веществом, которое обычно не приводит к химическим реакциям в среде.
Взаимодействие звуковых квантов – фононов – друг с другом, с ядрами
атомов и с электронами является объектом исследования квантовой акустики.
Акустические колебания с частотой выше 20 кГц условно принято называть
ультразвуковыми, от 15 Гц до 20 кГц – звуковыми, а ниже 15 Гц –
инфразвуковыми.
В молекулярной акустике используют гиперзвуковые колебания с частотой
выше 1 гГц, однако, в звукохимии их не применяют.
Химическое действие акустических колебаний отличается большим
разнообразием. Звуковые и ультразвуковые волны могут ускорять некоторые
химические реакции за счет:
- эмульгирования некоторых жидких компонентов;
- диспергирования твердых компонентов реакции или катализаторов;
- дегазации, предотвращения осаждения или коагуляции продуктов
реакции;
- интенсивного перемешивания и т.д.
Но действие ультразвука, например, на катализаторы нельзя сводить
только к тривиальному диспергированию. При определенных условиях
обнаруживается повышение активности катализаторов; природа этих эффектов
пока недостаточно ясна.
Одной из основных задач звукохимии является исследование химических
реакций, возникающих под действием акустических колебаний (звукохимических
реакций), которые в отсутствии акустических волн не идут, или идут, но
медленно. Поэтому главное внимание уделяется звукохимическим реакциям.
О РАЗВИТИИ ЗВУКОХИМИИ
Зарождение и развитие звукохимии было подготовлено обширными
исследованиями по акустике и химической кинетике.
В 1927 году Ричардс и Лумис обнаружили, что под воздействием
ультразвука в водном растворе выделяется молекулярный иод.
Это открытие стало отправной точкой для экспериментальных поисков
новых звукохимических реакций.
В 1933 году Бойте показал, что при действии ультразвука на воду, в
которой растворен азот, образуются азотистая кислота и аммиак.
Маргулисом, Сокольской и Эльпинером (1964 год) были осуществлены
звукохимические реакции стереоизомеризации малеиновой кислоты и ее эфиров в
фумаровую, которые идут по цепному механизму.
К настоящему времени опубликовано много работ по звукохимическим
реакциям. Примеры звукохимических реакций показаны в таблице 1. В этой
таблице также приведены величины энергетических выходов звукохимических
реакций (число молекул продукта, образовавшихся при затрате 100 эВ химико-
акустической энергии. Из таблицы видно, что в случае окислительно-
восстановительных реакций энергетический выход составляет несколько
молекул, а для цепных реакций достигает тысячи молекул.
Таблица 1
Звукохимические реакции
|Исходные вещества |Выход реакции, число |Основные продукты |
| |молекул/100 эВ; |реакции |
| |присутствующий газ | |
| |
|Окислительно-восстановительные реакции |
|Н2O 2.31; О2 |
|Н2О2 |
|KNO3+H2O 0.03; Ar |
|KNO2 |
|CH3COOH+H2O 0.06; N2 |
|H2N-CH2-COOH |
| |
|Реакции газов в кавитационной полости |
|N2+H2O 1.33 |
|H2O2 |
|0.3 HNO2 |
|0.1 HNO3 |
| |
| |
|Цепные реакции |
|СH-COOH + Br2 + H2O 2440; Ar |
|HC-COOH |
|(( |
|(( |
|CH-COOH |
|HOOCH |
| |
|Реакции с участием макромолекул |
|Полистирол+стирол+С6H6 Воздух Продукты |
|полимеризации |
| |
|Детонация взрывчатых веществ |
|NCl3 Воздух |
|Продукты взрыва |
| |
|Реакции в неводных системах |
|СН3СН + ССl4 Ar |
|N2, CH4, H2 |
|O2 CO, CO2, H2O |
КЛАССИФИКАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РЕАКЦИЙ
Необходимость классификации ультразвуковых колебаний очевидна.
Известно два типа химического действия акустических колебаний. Отсюда
выделяют два типа ультразвуковых реакций. К первому относятся реакции,
которые ускоряются в ультразвуковом поле, но могут протекать и в его
отсутствие с меньшей скоростью. К этой группе эффектов можно отнести
ускорение гидролиза диметилсульфата и персульфата калия, разложение
диазосоединений, ускорение эмульсионной полимеризации, окисление
альдегидов, изменение активности катализаторов, например, катализаторов
Циглера в процессе полимеризации.
Ко второй группе эффектов относятся реакции, которые без воздействия
ультразвуковых 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 растворенными веществами и продуктами
ультразвукового расщепления воды, возникающими в кавитационных
пузырьках и переходящими в раствор после их схлопывания;
2) Реакции между растворенными газами и веществами с высокой
упругостью пара внутри кавитационных пузырьков (эти реакции не
могут осуществляться в растворе при воздействии радикальных
продуктов расщепления воды);
3) Цепные реакции в растворе, которые индуцируются не
радикальными продуктами расщепления, а каким либо другим
веществом, присутствующим в системе и расщепляющимся в
кавитационной полости;
4) Реакции с участием макромолекул, например, деструкция молекул
полимера и инициированная его полимеризации, которые 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 возникновение
ударных волн и высокиих температур при схлопывании
кавитационных пузырьков, а также возможных кумулятивных струй;
6) Звукохимические реакции в неводных средах. Примерами таких
реакций могут служить:
- отщепление тетрахл
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
