ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Внешнедиффузионное торможение из "Введение в моделирование химико технологических процессов Издание 2" Кроме тепловых, важную роль в макрокинетике играют массообменные, или диффузионные факторы. Влияние массообмена невелико, если реакция гомогенная в том случае процесс идет в основной массе потока, где конвекция быстро доставляет необходимые для реакции вещества. [c.196] По-другому обстоит дело в случае гетерогенных процессов. Гетерогенные процессы проходят либо на поверхности (например, гетерогенный катализ, кристаллизация, электролиз, обжиг, горение твердого топлива без летучих), либо сопряжены с переходом вещества из одной текучей фазы в другую (абсорбция, экстракция, процессы в газо-жидкостных реакторах и т. д.). Здесь реакция не может пройти без того, чтобы вещество было доставлено к поверхности раздела фаз или через эту поверхность из одной фазы в другую. Поэтому непременная стадия таких процессов — диффузия у границы фаз. [c.196] Как мы уже видели, диффузия проходит гораздо медленнее, чем конвекция. Наличие диффузионной стаДии может тормозить химическую реакцию. Возникает диффузионное торможение. [c.196] Закономерности диффузионного торможения химических реакций сложны и многообразны. Многообразие связано с особенностями подвода вещества к зоне реакции. Можно выделить три наиболее важных случая. [c.196] Если реакция протекает на наружной поверхности, омываемой потоком, говорят о внешнедиффузионном торможении. Влияние диффузии при реакции в порах обусловливает внутридиффузионное торможение. [c.197] Закономерности внешнедиффузионного и внутридиффузионного торможения рассмотрим на примере каталитических реакций. Впрочем, закономерности некаталитических гетерогенных реакций в основном не отличаются от рассматриваемых. [c.197] Для реакций не 1-го порядка закономерности близки к тем, которые получаются в анализируемом случае. Подробнее об этом см. в книгах [16, 18]. [c.197] Начнем рассмотрение со случая протекания реакции на непо ристом катализаторе. Поверхность катализатора омывается потоком газа концентрация реагирующего вещества в ядре потока составляет Ся. В результате протекания реакции концентрация у поверхности уменьшается и составляет Сп. Разность Ся—с является движущей силой массообмена возникает поток массы через диффузионный пограничный слой (рис. 17.1). [c.197] Изложим подход, развитый Д. А. Франк-Каменецким [18]. [c.197] Общее сопротивление равно сумме диффузионного и кинетического сопротивлений. Из формулы (17.9) ясно, что всегда к .к, т. е. наличие диффузионного сопротивления тормозит процесс. [c.198] Выделим некоторые характерные случаи. [c.198] Какие условия способствуют увеличению скорости массоотдачи В первую очередь, это рост скорости потока. В то же время скорость потока непосредственно не влияет на химическую кинетику. Поэтому, если процесс проходит в кинетической области, гидродинамика не влияет на его скорость. Если в диффузионной, то увеличение скорости потока ускоряет процесс. Если в промежуточной, то при увеличении скорости потока процесс может перейти в кинетическую область. [c.199] Какие условия способствуют ускорению реакции Как уже говорилось, сильнее всего константа скорости реакции зависит от температуры. В то же время скорость массоотдачи слабо зависит от температуры, в особенности если движущая фаза— газ. В связи с этим кривая зависимости скорости реакции от температуры имеет характерный вид (рис. 17.2). [c.199] В области низких температур общая скорость процесса сравнительно мала, но при этом с повышением температуры она резко растет по экспоненте, в соответствии с уравнением Аррениуса. Процесс идет в кинетической области. При повышении температуры рост скорости процесса замедляется и, начиная с некоторой температуры, почти прекращается. Процесс вступает в диффузионную область. [c.199] Если увеличить скорость потока, т. е. снизить диффузионное сопротивление (пунктирная кривая на рис. 17.2), то в кинетической области кривая пойдет точно так же, но промежуточная и диффузионная области начнутся при несколько более высоких температурах, а общая скорость процесса в этих областях окажется выше. [c.200] Как уже говорилось, описанные закономерности верны не только для катализа на непористой поверхности, но и для многих других гетерогенных процессов. Кинетика ряда процессов горения и обжига определяется внешнедиффузионным торможением. С ним связаны явления концентрационной поляризации в электролизе. [c.200] Проиллюстрируем сказанное на примере, который по существу сложнее рассказанной схемы, но зато хорошо известен на реакции окисления древесины. [c.200] Пример 17.1. Закономерности окисления древесины. [c.200] Эта реакция может проходить в двух основных режимах. Низкотемпературный медленный процесс гниения проходит в кинетической области (см. рис. 17.2). Высокотемпературный быстрый процесс — горение — в диффузионной. [c.200] На скорость гниения сильнее всего влияет температура. В джунглях Вьетнама древесина гниет во много раз быстрее, чем на Шпицбергене. В то же время скорость воздуха практически не влияет на этот процесс в шторм дерево гниет не быстрее, чем в штиль. [c.200] Вернуться к основной статье