ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы, протекающие во внешнедиффузионной области из "Основы химической технологии" Как правило, при проведении гетерогенных ХТП химическая реакция протекает на поверхности контакта фаз, к которой предварительно должны быть подведены реагенты. Таким образом, в отличие от гомогенных процессов на скорость гетерогенных процессов влияет не только скорость химической реакции, но и скорость подвода реагентов к поверхности контакта фаз и скорость отвода продуктов реакции от нее. Условная поверхность контакта фаз находится внутри одной из фаз, и она в общем случае не совпадает с поверхностью раздела фаз. Глубина проникновения реагентов внутрь одной из фаз к поверхности контакта зависит от соотношения скоростей диффузии и реакции. При очень низкой скорости реакции процесс может протекать во всем объеме одной из фаз. Влияние физических процессов переноса вещества (массопередачи между фазами) тем больше, чем выше скорость химической реакции. Стадию, скорость которой существенно меньше возможных скоростей других стадий, называют лимитирующей. При наличии лимитирующей стадии наиболее эффективны те воздействия на процесс, которые изменяют скорость именно лимитирующей стадии. [c.72] В свою очередь, массопередача сама может протекать в несколько последовательных стадий. Так, для гетерогенного процесса с участием пористого твердого вещества (например, кокса) и газа (например, кислорода) можно выделить несколько элементарных стадий 1) подведение путем диффузии реагирующих веществ (О2) из потока к внешней поверхности твердого тела 2) диффузия газообразных реагентов (О2) в порах зерна твердого тела к его внутренней поверхности 3) собственно химическая реакция (с образованием оксидов углерода) 4) диффузия продуктов реакции (СО, СО2) из внутренних областей твердого вещества к внешней поверхности 5) диффузия продуктов реакции с внешней поверхности в поток. [c.72] Лимитирование важно учитывать как при описании процессов, так и при выборе наиболее эффективных приемов их интенсификации и управления химико-технологическими процессами. Эти приемы различны для разных областей протекания ХТП. Для эффективного воздействия на процесс технологу необходимо определить лимитирующую стадию, т. е. выявить область протекания ХТП, а затем воздействовать именно на лимитирующую стадию. При протекании процессов как в крайних, так и в переходных областях изменение скорости одной стадии приводит к изменению скоростей и других стадий. При этом возможен переход процесса из одной области протекания в другую. [c.73] Если гетерогенный процесс протекает в кинетической области, то скорость процесса, лимитируемая скоростью химических реакций, описывается кинетическим уравнением реакции. При этом закономерности гетерогенного ХТП, протекающего в кинетической области, аналогичны закономерностям гомогенных химических процессов (см. главу 4). [c.73] При протекании процессов во внешнедиффузионной области лимитирующей стадией является массопередача реагентов из потока к наружной поверхности раздела фаз. В этом случае наблюдаемая скорость процесса определяется скоростью переноса реагентов из потока к наружной поверхности или отвода продуктов от наружной поверхности в поток. [c.73] Здесь Р — внешняя поверхность раздела фаз м — коэффициент молекулярной диффузии б — толщина пограничного слоя ЛС — разность концентраций реаЛнта в потоке и на поверхности. [c.74] Для газа движущую силу обычно выражают как разность давлений реагента в потоке и у поверхности. [c.74] Коэффициент молекулярной диффузии зависит от природы и физических свойств компонентов смеси, от температуры Г и давления Р-. [c.74] Здесь Р — коэффициент массопередачи, рассчитываемый по эмпирическим уравнениям. [c.74] При совместном вкладе молекулярной и конвективной диффузии для оценки скорости переноса вещества к поверхности раздела фаз (и,) используют значения эффективных коэффициентов диффузии (/)э), которые рассчитывают также по эмпирическим критериальным уравнениям. [c.74] Первый фактор используют для определения внешнедиффузионной области протекания процесса. Для этого изменяют интенсивность перемешивания 1 или скорость потока и измеряют скорость процесса или степень превращения исходного вещества (рис. 5.1). Зона / сильного влияния перемешивания характерна для протекания процесса во внешнедиффузионной области. Неизгиенность и или X в зоне II указывает, что скорость подвода реагентов к поверхности раздела фаз не лимитирует скорости процесса и он проходит или во внутридиффузионной или в кинетической областях. [c.75] Основным фактором интенсификации процесса, проходящего во внешнедиффузионной области, является повышение турбулизации в зоне раздела фаз. Это достигается или повышением интенсивности перемешивания или увеличением линейной скорости движения жидкой или газовой фаз. [c.75] Менее существенно повышение температуры, которая сказывается лишь на молекулярной составляющей диффузии. Следует учитывать, что с ростом температуры процесс еще более углубляется во внешнедиффузионную область, так как скорость химической реакции возрастает быстрее скорости молекулярной диффузии. Таким образом, несмотря на некоторое увеличение наблюдаемой скорости процесса с повышением Т, внешнедиффузионные торможения растут, и этот способ интенсификации не является рациональным. [c.75] Скорость процесса увеличивается прямо пропорционально удельной внешней поверхности раздела фаз. При проведении гетерогенного процесса с системами Г—Т или Ж—Т внешнюю поверхность увеличивают в основном за счет измельчения твердой фазы. Однако с уменьшением размера частиц твердой фазы могут снижаться значения коэффициента массопередачи, и в каждом конкретном случае существует оптимальный размер частиц. [c.75] При протекании процесса во внешнедиффузионной области движущей силой в уравнении скорости процесса (5.2) является разность концентраций реагентов в потоке io и на внешней поверхности iF- При этом увеличение io способствует увеличению наблюдаемой скорости процесса. [c.76] Вернуться к основной статье