ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поверхность соприкосновения реагентов из "Общая химическая технология Том 1" На скорость гетерогенно протекающих процессов весьма существенно влияют величина поверхности соприкосновения реагентов н диффузия. [c.76] В гетерогенно протекающих процессах величина поверхности соприкосновения реагентов играет по существу ту же роль, что и концентрация реагентов в гомогенно протекающих процессах. Последние можно рассматривать как процессы, в которых поверхность соприкосновения реагентов достигла максимального предела. Естественно, что если реагенты составляют разные фазы, в реакцию будут вступать лишь те молекулы, которые в данный момент находятся в поверхностных слоях реагирующих фаз. Следовательно, решающее влияние на скорость взаимодействия будет оказывать величина поверхности, — чем она больше, тем быстрее пройдет реакция. В этом заключается основная закономерность скорости гетерогенного процесса. [c.76] Удельная поверхность — отношение абсолютной поверхности к единице массы или объема той фазы, которая содержит реагент. В процессе реакции удельная поверхность соприкосновения фаз непрерывно изменяется, так что указанная закономерность относится к определенным условиям постоянным концентрациям, температуре и пр. [c.76] Если для гомогенных процессов трудно предположить реакции выше третьего порядка, то для гетерогенного процесса техническое осуществление реакций выше второго порядка еще более затруднено. [c.76] Для ускорения гетерогенных процессов, в которых участвуют газы или жидкости, в большинстве случаев достаточно увеличить поверхность одного из реагентов. Так, при взаимодействии жидкости с газом достаточно распылить только жидкость в среде газа или, наоборот, только газ в среде жидкости. Лишь при реакциях между твердыми веществами следует измельчать все реагенты. [c.77] В некоторых случаях, во избежание распыления реагентов, их спрессовывают (брикетируют) или спекают (агломерируют) при повышенной температуре или гранулируют с применением склеивающих материалов или другими способами (стр. 99). Эти процессы применяются большей частью перед термическими процессами (плавление, возгонка и т. п.). Хотя удельная поверхность при спрессовывании или спекании уменьшается, однако более равномерное смешение реагентов при последующем плавлении смеси, в конечном счете, благоприятствует течению процесса. [c.77] Кроме измельчения реагентов, поверхность соприкосновения газов и жидкостей может быть увеличена и другим путем — заполнением реакционных аппаратов насадкой в виде цилиндриков, камней, кусков кокса (в башнях и скрубберах) или установкой полок, перегородок и других приспособлений, увеличивающих поверхность (в камерах, башнях). [c.77] Освобождение реакционной поверхности твердых частиц сырья от покрывающих ее во многих случаях посторонних частиц или пленок применяется в процессах обогащения природных минералов и в некоторых операциях предварительной подготовки сырья и его технологической переработки посредством промывки, отстаивания и т. п. Необходимо подчеркнуть, что при подобной обработке сырья одновременно повышается содержание в нем реагентов (происходит обогащение). [c.77] Реакционная поверхность твердых тел обычно больше видимой поверхности кусков или частиц сюда входит и поверхность пор, микроскопических углублений и выступов, которая часто намного превышает видимую поверхность . [c.77] Увеличение удельной поверхности исходных реагентов является лишь частичным разрешением вопроса об увеличении поверхности соприкосновения реагентов весьма значительное влияние оказывает динамическое развитие, или обновление, поверхности, которое должно происходить, по возможности, непрерывно в течение всего процесса взаимодействия реагентов. [c.77] В большинстве гетерогенно протекающих процессов образующиеся в первый период на границе фаз продукты реакции могут задерживать дальнейшее течение процесса, препятствовать подходу свежей порции реагента. Поэтому непрерывный отвод продуктов реакции для обнажения реакционной поверхности и ускорения тем самым подхода новых молекул реагента во многих случаях дает очень большой эффект, увеличивая поверхность соприкосновения реагентов. В этом и заключается сущность обновления, или динамического развития, поверхности. Наиболее наглядным примером могут служить процессы разложения или растворения частиц твердого тела в жидкости. Если, например, подвергать разложению измельченный фосфорнокислый кальций серной кислотой с целью получения фосфорной кислоты, то образующиеся на поверхности частиц фосфорнокислого кальция корки или пленки гипса могут задерживать диффузию (дальнейшее проникновение) серной кислоты вглубь зерип фосфата. При непрерывном и интенсивном перемешивании реагентов корки и пленки разрушаются, облегчается подход свежей порции серной кислоты и значительно ускоряется процесс разложения фосфорнокислого кальция. [c.78] Дальнейшему протеканию реакции могут препятствовать не только твердые корки или пленки, но и образующиеся у границы раздела фаз насыщенные растворы, отвод которых от поверхности соприкосновения реагентов также ускоряет дальнейший процесс (например, перемешивание сахара в стакане). [c.78] Динамическое развитие поверхности имеет значение и для реакций между газообразными и твердыми реагентами, например при насыщении извести хлором для получения белильной извести, при обжиге серного колчедана для получения сернистого газа. Реакции между твердыми телами из-за особо затрудненной диффузии протекают, даже при перемешивании реагентов, настолько медленно, что в технике ими пользуются сравнительно редко. Так, при получении металлов и стекла, основанном на термических процессах, шихту в большинстве случаев расплавляют, т. е. проводят реакции в жидкой фазе. [c.78] Перемешивание или непрерывное передвижение реагентов относительно друг друга имеет весьма серьезное значение еще и потому, что при этом увеличивается число встреч молекул реагирующих веществ в единицу времени. [c.78] Так как скорость сложного процесса определяется наиболее медленной его стадией, то скорость гетерогенно протекающего процесса часто определяется скоростью диффузии, так как этот процесс в большинстве случаев протекает наиболее медленно. [c.78] Скорость диффузии прямо пропорциональна поверхности соприкосновения реагентов и разности концентраций реагирующего компонента на границах слоя, через который он диффундирует, и обратно пропорциональна толщине поверхностного слоя. [c.78] Закон диффузии приложим к процессам растворения, разлол ения, адсорбции и др. [c.79] Разумеется, перемещивание реагентов имеет наибольщее значение для тех случаев, когда диффузия затруднена образованием твердых или других трудно удаляемых продуктов реакции, и наименьшее—когда диффузия протекает быстро благодаря легкости удаления жидких или газообразных продуктов реакции из пограничного слоя. [c.79] В некоторых непрерывно действующих аппаратах само по себе движение реагентов или одного реагента (особенно в противоточных процессах) может обеспечить достаточное обновление поверхности чаще аппаратура снабжена и транспортными и смешивающими устройствами, которые во многих случаях объединены в одной конструкции (например, так называемые шнековые растворители в производстве солей, см. стр. 438). В некоторых аппаратах осуществляются комбинированные принципы увеличения и обновления поверхности соприкосновения реагирующих масс. Так, в последнее время начинают применяться шаровые мельницы, в которых одновременно с помолом в жидкой среде происходит и растворение твердого вещества при введении в жидкую фазу растворителя. [c.79] Обновлению поверхности способствует увеличение скорости и траек-гории движения реагентов, особенно в случае перехода ламинарного, упорядоченного, стационарного потока (параллельными струями) в турбулентный, неупорядоченный, нестационарный (вихревой) поток, а также создание ломаного пути реагентов. За последние годы с успехом развиваются процессы взаимодействия реагентов во взвешенном состоянии, например газификация твердого топлива в кипящем слое , обжиг пылевидных сернистых руд и т. п. [c.79] Вернуться к основной статье