ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние диффузии на наблюдаемую скорость реакции из "Основы проектирования каталитических реакторов" Интенсивность конвективного и диффузионного переноса массы связана со скоростью химической реакции, протекающей на поверхности зерна катализатора. Существует три вида решения этой проблемы. [c.94] Обычно ограничиваются реакцией первого порядка. [c.94] В этом случае определяющую роль играет перенос массы. [c.95] При протекании газа критерий Шервуда зависит от критерия Рейнольдса. В случае если массовая скорость постоянна, а газ является идеальным, критерий Рейнольдса, а следовательно, и критерий Шервуда не зависит от давления. [c.96] С другой стороны, скорость газового потока сильно влияет на величину критерия Шервуда. При наружном обтекании критерий Шервуда меняется пропорционально скорости в степени 0,4 н-0,5, а при турбулентном режиме в трубе —в степени 0,8. [c.96] В определенных геометрических и гидравлических условиях можно рассчитать скорость переноса массы с помощью диффузии. Если реакция протекает в области внешней диффузии, то ее скорость должна соответствовать рассчитанной скорости диффузии. Если скорость реакции много меньше этой величины — это значит, что реакция протекает в кинетической области. Очевидно, что скорость реакции не может превышать скорость диффузии. Если условия не позволяют точно рассчитать перенос массы, а эксперимент указывает на увеличение скорости реакции с увеличением скорости потока, то можно считать, что на скорость реакции влияет перенос вещества. Сильное влияние температуры свидетельствует о том, что процесс идет в кинетической области. [c.96] Диффузионный перенос массы играет важную роль в зернистых слоях, состоящих из пористых зерен катализатора. В этом случае диффузия происходит сквозь пограничный слой, окружающий поверхность зерна, и далее — вглубь пор. Само собой разумеется, что диффузионный перенос массы происходит и в противополон -ном направлении. Диффузия в порах зависит от их формы и размера. [c.96] Франк-Каменецкий различает здесь четыре предельных случая. [c.98] Эта область является областью внешней диффузии. [c.99] Отношение объема пор к полному объему тела равно (при принятой структуре пор) пористости материала, равной, в свою очередь, введенному выше удельному сечению пор Й. [c.100] Отсюда следует, что в области внутренней диффузии реакционная способность катализатора прямо пропорциональна его пористости. [c.101] При расчете реакторов желательно знать, какой из приведенных выше четырех предельных случаев имеет место в действительности. [c.101] Эффективную скорость реакции, отнесенную к единице объема пористого тела, можно найти, пользуясь опытными данными, если проводить реакцию в кинетической области при низкой температуре. Эффективный коэффициент диффузии ориентировочно можно рассчитать по формуле (1,266). Диаметр пор должен быть достаточно большим по сравнению с длиной свободного пробега, так как в противном случае имеет место кнудсеновская диффузия, к которой неприменим закон Фика. [c.101] Диаметр и количество пор можно определить по экспериментально найденным пористости зерна и степени проницаемости для газа. [c.101] В общем, можно утверждать, что если глубина распространения диффузии, рассчитанная по формуле (1,269), велика по сравнению с размерами зерна, то в реакции принимает участие вся внутренняя поверхность зерна. Если глубина диффузии приближается по величине к диаметру пор, тогда реакция протекает на поверхности тела. [c.101] Многочисленные исследования показали, что в различных случаях диффузии, протекающей в сопровождении химической реакции, коэффициент массопередачи во много раз превышает величину, полученную классическими методами. Это явление приписывается влиянию определенной поверхностной активности, проявляющейся на внешней поверхности. Установлено также увеличение коэффициента массопередачи в тех случаях, когда химическая реакция не протекала. [c.101] При сильно экзотермических реакциях наблюдались большие значения коэффициента массопередачи. [c.101] Установлено существование турбулентности у поверхности, являющейся следствием гидродинамической неустойчивости, при которой малые возмущения вызывают конвективные потоки. При этом могут возникать изменения в концентрации реагирующих веществ в пограничном слое. [c.101] Арис указал, что Т1 можно сделать не зависящим от формы частиц, если под L понимать отношение объема частицы к ее наружной поверхности. [c.102] Приведенная зависимость не позволяет, однако, оценить влияние температуры внутри зерна на степень использования и избирательность процесса. [c.103] Вернуться к основной статье