ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение лимитирующих стадий процессов из "Инженерное оформление химических процессов" Прежде чем ответить на вопрос, как получить уравнение для скорости взаимодействия твердой частицы, нужно отдать себе отчет в том, что каждое подобное уравнение является упрощенным математическим представлением предварительно выбранной мысленной модели явления. Если эта модель достаточно полно отражает реально протекающий процесс, то и кинетическое уравнение, выведенное на основании данной модели, довольно точно описывает фактически, существующие кинетические закономерности. Однако, когда модель значительно отличается от действительного явления, полученное на базе указанной модели кинетическое уравнениё оказывается бесполезным. [c.331] Необходимо твердо помнить, что самый изящный и мощный математический аппарат, приложенный к модели, не соответствующей реальной картине процесса, является просто математическим упражнением, ничего не дающим инженеру, который должен рассчитать процесс. [c.331] Все сказанное применимо не только к моделям, касающимся кинетических уравнений, но и ко всем вопросам химической технологии вообще. [c.331] К модели, на основании которой предполагается разрабатывать кинетические уравнения, предъявляют два основных требования 1) она должна достаточно точно отражать дeй твитeльнyjo картину явления и 2) для описания ее не нужно привлекать чрезмерно сложный математический аппарат. Действительно, мало пользы от модели, которая, хотя и точно отражает фактическое явление, но настолько сложна, что ее практически невозможно применять в расчетах. К сожалению, такие модели встречаются довольно часто. [c.331] Для некаталитических реакций твердых частиц, окруженных газом или жидкостью, ограничимся описанием двух простых идеализированных моделей — квазигомогенной и частицы с невзаимодействующим ядром. [c.331] Квазигомогепная модель основана на представлении о том, что внешний газ проникает внутрь частицы и взаимодействует с ее веществом во всем объеме и в течение всего времени пребывания частицы в зоне реакции. При этом скорость реакции одинакова на различных участках частицы. Таким образом, все вещество ее постепенно превращается в продукты реакции (рис. ХП-2). [c.331] В качестве довольно наглядного примера, опровергающего такую модель, можно было бы привести процесс медленной варки яйца — в этом случае реакция протекает сразу во всем объеме тела. Однако указанный пример легко отклонить, поскольку описываемый процесс происходит в условиях, в которых отсутствует обязательный для модели с невзаимодействующим ядром контакт твердой и жидкой или газообразной фаз. Данный процесс протекает при взаимодействии тепла, а тепло нельзя считать внешней средой по отношению к телу. [c.332] Последующее изложение построено применительно к исследованию взаимодействия в системе газ—твердое тело. Это вызвано исключительно соображениями простоты рассмотрения вовросз, Тем более, что полученные результаты одинаково справедливы как для газа, так и для жидкости. [c.333] В реальных условиях некоторые из указанных этапов обычно отсутствуют. Если, например, не образуется газообразных продуктов и если реакция необратима, то два последних этапа не сказываются непосредственно на протекании химического процесса]. [c.333] Поскольку влияние перечисленных этапов происходит в со( твет-ствующей последовательности, можно считать их цепочкой Последовательных сопротивлений, тормозящих реакцию. Вследствие этОго где бы ни находился этап с максимальным сопротивлением, его надо рассматривать как фактор, лимитирующий скорость процесса . [c.333] определим скорость, с которой вступает в реакцию отдельная сферическая частица при условии переноса реагентов через пограничную пленку и диффузии их через слой золы . [c.334] При отмеченном допущении скорость, с которой вещество А вступает в реакцию в определенный момент времени, характеризуется скоростью диффузии этого вещества в тело частицы через слой золы радиуса г, т. е. [c.337] Последнее уравнение характеризует реакционную способность частицы во времени при квазистационарной модели взаимодействия поверхности ядра. [c.337] Теперь рассмотрим случай, когда размер непрореагировавшего -ядра изменяется во времени. Для данного размера этого ядра величина МAldt постоянна, но по мере уменьшения ядра слой золы увеличивается, что приводит к замедлению диффузии вещества А к ядру. Следовательно, интегрированием уравнения (ХП,13) по времени и другим переменным можно получить искомое соотношение. Однако в указанное уравнение входят три переменных (t, N а и г ), одну из которых необходимо исключить или выразить через две других, прежде чем можно будет начать преобразование уравнения. [c.337] Графически полученные результаты представлены на рис.ХП-9 и ХП-Ю. [c.338] Примем во внимание, что слой золы отсутствует и, следовательно, не оказывает никакого сопротивления протеканию процесса. [c.339] Аналогично исследованию процесса взаимодействия газа с частицей постоянного размера будем исходить из того, что уравнение для скорости процесса определяется лимитирующим фактором. [c.339] Так же. как и в предыдущем случае, рассмотрим только необратимую реакцию. [c.340] Химическая реакция как лимитирующая стадия процесса. Когда скорость процесса целиком определяется скоростью химической реакции, его характеристики идентичны аналогичным характеристикам процесса взаимодействия газа с частицей постоянного размера. Следовательно, уравнения (XII,7), (XII,19) и (XII,21) отражают изменение концентраций реагирующих веществ во времени для случая изолированной частицы постоянного и переменного объема. [c.340] Вернуться к основной статье