Введение к работе
Актуальность тепы. Вид кинетической зависимости реакций 'ернического разложения твердых веаеств
АВт t Vі" вгаз <*>
с числу которых относятся реакции термической дегидратации,
шляется следствием влияние: на скорость разложения различных
факторов, основные из которых: I) строение реакционной зовы и
процессы, обуславливающие ее формирование; 2) тепло- и массообмен
з системе, где протекает реакция. При изучении кинетических зако-
юмерностей реакций типа (*) необходимо оценивать вклад кавдого из
мазанных факторов. Без их тщательного анализа возможность
адекватной интерпретации кинетики превращения маловероятна.
При выполнении кинетического анализа исследователь сталкивается ; рядом трудностей. Одна из проблем возникает при изучении строения зоны реакции. Несмотря на предпринятые к настоящему зренени исследования, непосредственные наблюдения за реакционной зоной во время превращения пока редки к малодоступны. В связи с этим полезна любая информация, получаемая путем сопоставления результатов различных исследований, на основании которой можно установить, как формируется зона реакции. Требует отдельного знализа и вопрос о влиянии анизотропии структуры твердого реагента за строение зоны реакции.
Отсутствие данных о строении реакционной зоны ограничивает возможность изучения механизма удаления газообразных продуктов разложения через слой твердого.
Наконец, теплообмен в системе, где происходит разложение, изучен пока недостаточно. Одна из причин - неопределенность и невоспроизводимость таких свойств, как плотность и пористость, а следовательно, и теплопроводность с теплоемкостью в традиционно используемых в термическом анализе персиковых образцах. (Проблема условий эксперимента.)
Существующий дефицит информации о формировании и строении зоны реакции, о тепломассопереносе' в образце и педооценка значения экспериментальных условий привели к появлении в литературе большого количества плохо сопоставимых между собой и слабо интерпретируемых кинетических данных, относящихся к одним и тем же процессам разложения. Другая сторона этой яе проблеш - одни и те
Ее экспершеетальша данные нередко могут быть описаны различным; кшютичесюан уравнэниякк с одинаковой точностью. Проблем:
Получения СОПОСТЕЕїЗЛи ІІЄЗДУ СОбОЙ Е ИНТЄрпрЄТИруЄЬ2ІХ ЮШЄТИЧЄСКІС
данных требует своего решения.
Цель работа: Оценить условия тепломассопереноса і реагирующей систеце в процессе дегидратации u2so^-Hao, ПОЗВОЛЯН5ЦИ8 получать интерпратируемае значения скорости движения реакционной зоны.
Дегидратация часто используется для изучения основнш закономерностей реакций разлогения (*). (Обоснование выборе объекта исследований представлено в 1.6.)
Задачи: - исследовать кинетику изотермической дегидратации е различных условиях, а ииенно: в динамической вакууме и при атмосферной давлении;
- вияснить, как формируется зона реакции;
- проанализировать как влияют нз скорость изучаемого превращения
I) удалений газообразного продукта через образующийся слой
твердого її 2) теплообмен в реагирущей системе.
Научная новизна работы состоит в следуюкеы:
при различных условиях проведения реакции получены шггерпретируешге к сравнимые игкда* собой по величине значения энергии активацкн дегидратации i.iaso„-Hao;
- изучена особенности морфологии продукте в зависимости от
температура и анизотропии структуры реагента. Обнаружены
морфологические различия в соотвзтсте&н с анизотропией исходной
структура. Онределан шншалъинй разиер частиц, образующихся при
рззрушешн реагенте в ходе превращения;
с учетом размера частиц к ревна течения газообразного продукта выполнен анализ массопереноса, происходящего при удалении молекул вода по трещинам и пораы. Показано, что причина замедления реакции по каре увеличения слоя продукта в условиях атмосферного давления заключается в особенностях массопереноса;
на основании полученных в раыках данной работы значений теплопроводности монокристаллического реагента и продукта представлен анализ теплообмена в реагирующей системе и сделаки оценки распределения температуры в твердой образце при различных условиях исследования, свидетельствуюиїйе о том, что изотермичность при
тротекании реакции сохраняется нз протяжении всего процесса; - выполнены исследования изотермической дегидратации прессованных торошков Li2so„-H2o, проанализирована зависимость скорости реакции зт плотности полученных образцов, установлено, что использование прессованных образцов позволяет определить среднее значение жорости реакции независимо от анизотропии структуры реагента.
Научно-практическая значимость работы. Полученные результаты шеют методическое значение для кинетики твердофазных реакций. Іредставлен один из возможных подходов к решению сложной проблемы етерогенной кинетики: получения сопоставимых и интерпретируемых синетических параметров одних и тех же процессов при различных 'словиях исследования. Обоснована возможность упрощения методики ісследования путем использования прессованных образцов.
На защиту выносятся: :) Особенности кинетики дегидратации монокристаллических образцов . i2sott-H2o определенной кристаллографической ориентации, формы и іазмеров при различных давлениях в реакторе и данные изучения жорости изотермической дегидратации прессованных образцов в синамическом вакууме.
:) Специфика морфологии продукта дегидратации монокристаллов ,i2so„-H2o различной кристаллографической ориентации. I) Оценка роли массопереноса (удаления воды по трещинам и порам), (ыполненная с учетом минимального размера частиц, образующихся при іазрушении реагента в результате превращения.
) Результаты анализа влияния теплообмена на химическое ревращение, выполненного исходя из данных кинетических сследовзний и полученных в рамках этой работы значений еплопроводности реагента и продукта превращения.
Апробация работы. Результаты, представленные в работе, окладывались на конференциях молодых ученых ИХТТиМС СО РАН Новосибирск, 1985, 1987), IX Всесоюзном совещании по термическому нализу (Ужгород, 1985), IX Всесоюзном совещании по кинетике и еханизму химических реакций в твердом теле (Алма-Ата, IS86), I краинской республиканской конференции по термическому анализу омплексных соединений (Ужгород, IS87), IV Европейском симпозиуме о термическому анализу и калориметрии (Иена, ГДР, 1987), еждународком симпозиуме по реакционной способности твердых тел
(Новосибирск, 1988), Школе молодых ученых по химии твердого тел (Свердловск, 1989), II Международном симпозиуме по химии твердого тела (Пардубице, Чехословакия, 1989), X Всесоюзном совещании п термическому анализу (Ленинград, 1989), Конференции по хими метастабильных состояний (Новосибирск, 1991).
Публикации. Основные материалы работы опубликованы в : статьях и 6 тезисах докладов.
Объем и структура диссертации. Диссертация содержит введение 4 главы, выводы, приложение и библиографию из 109 наименований, Z рисунков и 6 таблиц.
