We investigate the kinetics of diffusion-influenced catalytic reactions occurring in small reaction volume. From a simple exact model study, we find that the reaction rate coefficient decreases with the size of reaction volume. The explicit expression for the average reaction rate constant is presented, which can be regarded as a generalization of well-known Collins-Kimball rate constant into the reactions occurring in a small reaction volume. It turns out that the traditional diffusion influenced reaction dynamics is followed by a single exponential relaxation phase with a rate constant dependent on the reaction volume for the catalytic reactions occurring in small reaction volumes.
Hydration is the main reason for the growth of the material properties. An exact parameter to control the chemical and physical process is not the time, but the degree of hydration. Therefore, it is reasonable that development of all material properties and the formation of microstructure should be formulated in terms of degree of hydration. Mathematical formulation of degree of hydration is based on combination of reaction rate functions. The effect of moisture conditions as well as temperature on the rate of reaction is considered in the degree of hydration model. This effect is subdivided into two contributions: water shortage and water distribution. The former is associated with the effect of W/C ratio on the progress of hydration. The water needed for progress of hydration do not exist and there is not enough space for the reaction products to form. The tatter is associated with the effect of free capillary water distribution in the pore system. Physically absorption layer does not contribute to progress of hydration and only free water is available for further hydration. In this study, the effects of chemical composition of cement, W/C ratio, temperature, and moisture conditions on the degree of hydration are considered. Parameters that can be used to indicate or approximate the real degree of hydration are liberated heat of hydration, amount of chemically bound water, and chemical shrinkage, etc. Thus, the degree of heat liberation and adiabatic temperature rise could be determined by prediction of degree of hydration.
온실가스 증가로 인한 지구온난화 문제가 범세계적인 문제로 대두되고 있는 가운데, 특히 온실가스 중 약 76%이상을 차지하는 이산화탄소를 흡수하기 위한 흡수제 개발에 여러 국가들이 심혈을 기울이고 있다. 그 중 이산화탄소 흡수제로 가장 상용화 되어 있는 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)은 분자량이 작아 몰 농도비에 따른 이산화탄소의 흡수에 유리하고 반응속도가 빠르다는 장점이 있으나, 재생에 필요한 에너지가 높다는 단점이 존재한다. 수용액중에서 MEA가 $CO_2$를 흡수하는 반응의 반응자유에너지는 반응메카니즘을 이해하는데 가장 기본적인 도구이다. 본 연구에서는 B3LYP, M06-2X의 밀도범함수를 이용하여 MEA의 $CO_2$ 흡수반응의 반응자유에너지를 계산하는 계산모델을 선정하였다. 수용액에서 MEA가 $CO_2$를 흡수하는 반응의 반응자유에너지를 밀도범함수를 이용하여 계산할 때는, 수용액상태에서 화학종의 분자구조를 최적화하는 것이 필요하였다. 또한 M06-2X 밀도범함수가 B3LYP 밀도범함수보다 좋은 결과를 주었으며, 분산보정을 하는 것이 보다 좋은 결과를 주었다.
Hard-Soft Acid-Base (HSAB) 이론은 일반적인 유기, 무기반응의 반응성을 설명하는데 사용되어 왔다. 밀도범함수이론(DFT)을 기반으로 한 계산을 통하여 반응을 기술하기 위해 필요한 화학 퍼텐셜, global/local hardness/softness와 Fukui 함수 등을 얻을 수 있다. B3LYP 수준 하에서 DFT 양자계산을 이용하여 유기 반응을 분석했을 때 local HSAB 이론의 적용여부와 장단점을 알아보고자 하였다. 1-subtituted 다이엔과 비대칭 친다이엔체를 이용한 딜스-알더 반응의 경우 local HSAB 이론을 적용시켜, 오쏘 이성질체가 주 화합물인 이유를 설명할 수 있었다. 작용기를 변화시켰을 때 나타나는 차이점에서 규칙적인 경향성을 볼 수 없다는 사실을 통해서 전자, 입체 효과로 딜스-알더 반응을 분석할 수 없었던 이유를 이해할 수 있었다. Thiocyanate 음이온의 알킬화 반응의 경우 local HSAB 이론을 적용시켰을 때, 얻은 값을 통해서 반응 지점의 선호도를 예측할 수 없었는데 이는 thiocyanate를 생성하는 반응이 속도론적 지배 하에서 우세하는 반응이기 때문이다.
Kinetics for the nucleophiles have been studied under high vacuum and high pressures in various temperatures. Pseudo-first order rate constants, second order rate constants, thermodynamic parameters and Hammett ${\rho}$-values are determined. The values of ${\Delta}V^{\neq},\;{\Delta}{\beta}^{\neq}\;and\;{\Delta}S^{\neq}$are all negative. The Hammett r-values are negative for the nucleophile (${\rho}$x) over the pressure range studied. The results of kinetic studies for pressure and nucleophilet show that these reactions proceed in typical $S_N2$ reaction mechanism and change of mechanism.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.2
no.2
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pp.30-37
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1998
This paper investigates the linear stability of wakes with special emphasis on the effect of chemical reaction. Velocity and density profiles for laminar flows are obtained from analytic profiles as well as from simulation. Wakes have two generalized inflection points and two unstable modes-sinuous and varicose modes. For analytical laminar profiles, sinuous modes are more unstable than varicose modes irrespective of density variation, which shows wakes will be destabilized by sinuous modes. Large velocity difference and density difference lead to more unstable wakes due to large momentum difference. For simulated laminar profiles, chemical reaction with stoichiometric chemistry increases temperature and stabilizes the flow due to increase in compressible reacting wades, flow becomes stable as velocity increases due to viscous dissipation.
Diffusion coefficients of moisture and solid, reaction rate constants of carotene destruction, and the fitness of drying models for moisture transfer were determined to study the characteristics of mass transfer during osmotic dehydration. Moisture loss and solid gain were increased with increase of temperature and concentration; temperature had higher osmotic effect than concentration. Diffusion coefficient showed similar trend with osmotic effect. Diffusion coefficients of solids were larger than those of moisture because the movement of solid was faster than that of moisture at the high temperature. Reaction rate constants were affected to the greater extent by concentration changes than by temperature changes. Arrhenius equation was applied to determine the effect of temperature on diffusion coefficients and reaction rate constants. Moisture diffusion required high activation energy in $20^{\circ}Brix$, while relatively low in $60^{\circ}Brix$. To predict the diffusion coefficients and reaction rate constants, a model was established by using the optimum functions of temperature and concentration. The model had high $R^2$ value when applied to diffusion coefficients, but low when applied to reaction rate constants. Quadratic drying model was most fittable to express moisture transfer during drying. In conclusion, moisture content of carrots could be predictable during the osmotic dehydration process, and thereby mass transfer characteristics could be determined by predicted moisture content and diffusion coefficient.
Using a commercial epoxy/carbon fiber composite prepreg (DMS 2224) as a model system, the cure kinetics of vitrifying thermoset system were analyzed by isothermal and dynamic-heating experiments. Focusing on the processing condition of high performance composite systems, a phenomenological kinetic model was developed by using differential scanning calorimetry (DSC) and reaction kinetics theories. The model system exhibited a limited degree of cure as a function of isothermal temperature seemingly due to the diffusion-controlled reaction rates. The diffusion-controlled cure reaction was incorporated in the development of the kinetic model, and the model parameters were determined from isothermal experiments. The first order reaction was confirmed from the characteristic shape of isothermal cure thermograms, and the activation energy wes 78.43 kJ/mol. Finally, the proposed model was used to predict a complex autoclave thermal condition, which was composed of several isothermal and dynamic-heating stages.
석탄액화반응에서 촉매 세공구조가 촉매 불활성화에 미치는 영향을 조사하기 위하여 간단한 모델을 전개하였다. 촉매의 세공수 분포에 근거하여 두 개의 Dirac delta 함수분포를 갖는 다공질 촉매구조를 제안하였으며 촉매 세공구조와 반응속도상수와의 관계를 유도하기 위하여 단순화된 반응계를 가정하였다. 균일 코드피복 가정에서 본 모델을 촉매 불활성화 예측에 적용하였으며 계산과정에서 세공율, 세공 크기 등의 촉매 특성치에 대해서는 실제값을 이용하였다. 본 모델연구에 의하면 unimodal 촉매에 비해 bimodal 촉매가 촉매 불활성화에 덜 민감하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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