ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поперечная и продольная диффузия из "Теория химических реакторов" 3 отмечалось, что отклонение от модели идеального вытеснения происходит по трем различным причинам при возникновении поперечных градиентов температуры, при наличии продольной и поперечной диффузии и поперечных градиентов скорости. В 2.4 и 2.5 рассматривался первый и, несомненно, самый важный из этих факторов особенно это относится к реакторам с неподвижным слоем катализатора. При этом указывалось, что в таких реакторах необходимо также учитывать поперечную диффузию. Перейдем теперь к рассмотрению влияния продольной и поперечной диффузии, ограничившись кратким и, в основном, качественным рассмотрением вопроса. [c.59] Величину О будем называть коэффициентом диффузии , вне зависимости от механизма переноса. [c.59] В общем случае поперечная диффузия уменьшает колебания концентрации по поперечному сечению и, следовательно, приближает параметры реактора вытеснения к параметрам, которые имели бы место в реакторе идеального вытеснения. Влияние продольной диффузии противоположно, поскольку концентрация реагента уменьшается от входа в реактор к его выходу. Направление продольного градиента концентрации таково, что, благодаря диффузии, реагент перемещается к выходу из реактора несколько быстрее, чем это имело бы место, если бы он перемещался с основным потоком. [c.59] Рассмотрим теперь, в какой мере следует учитывать эти эффекты ири расчете реактора. Возыйем вначале реактор вытеснения цилиндрической формы, заполненный только реакционной смесью. В таком реакторе иоток может быть либо ламинарным, либо турбулентным. В нервом случае действуют обычная молекулярная диффузия и конвекция, вызванная неравномерностью распределения температур. Если длина реактора значительно больше его диаметра, как это обычно имеет место в действительности, молекулярная диффузия в продольном направлении, как правило, почти не сказывается на работе реактора. Тем не менее, поперечная молекулярная диффузия может оказаться существенной, по крайней мере, в газах. Как уже указывалось, она будет снижать влияние распределения скоростей, приводящего к отклонению от режима идеального вытеснения. К этому вопросу, рассмотренному в работе Босворта 18], мы вернемся в 2. 7. Конвективный перенос в радиальном направлении может иметь аналогичный эффект, т. е. способствовать приближению к модели идеального вытеснения. Продольный конвективный перенос, который может наблюдаться в вертикальных цилиндрических аппаратах при сильном нагревании жидкости или газа, оказывает противоположное воздействие и может значительно снизить производительность реактора по сравнению с рассчитанной на основе модели идеального вытеснения. Этого можно избежать, правильно выбрав конструкцию реактора, например, использовав перегородки, либо горизонтальный реактор вместо вертикального. [c.60] Теперь рассмотрим особенности механизма диффузии в реакторах с твердой насадкой. В принципе этот процесс характеризуется неупорядоченным поперечным отклонением и перемешиванием жидкости или газа, обусловленным присутствием твердых частиц. Основное внимание сосредоточим не на продольной, а на поперечной (радиальной) компоненте диффузии этого вида. [c.61] Простая и изяшная модель этого эффекта предложена Бей-роном [7] и Рэнцом [31]. Для простоты рассмотрим двумерный слой сферических частиц одного диаметра й, показанный на рис. 13. [c.61] Слева в уравнении находится безразмерный комплекс, известный под названием критерия Пекле Ре для поперечной диффузии. Экспериментальная работа Фаена и Смита [48] показала, что величина критерия Пекле Ре/ в действительности несколько из меняется по радиусу слоя и что его значение, равное 11, следует рассматривать как среднее. [c.63] Величина коэффициента диффузии при описанном механизме процесса обычно значительно больше коэффициента молекулярной диффузии. Для воздуха, например, при числе Рейнольдса равном 100, О составляет 0,76 см 1сек, что примерно в 4 раза больше коэффициента молекулярной диффузии. Всегда при больших числах Рейнольдса влияние насадки становится еще более значительным. [c.63] Как уже отмечалось, поперечную диффузию, обусловленную наличием насадки, следует учитывать в связи с поперечными градиентами температур. Необходимость учета продольной диффузии при расчете реакторов существенно зависит от соотношения его длины и размера зерен. Если это отношение равно или больше 100, что обычно имеет место на практике, то влиянием продольной диффузии можно пренебречьОднако в тонких слоях эффект может оказаться значительным [9, стр. 95]. К числу реакторов вытеснения с исключительно тонкими (в указанном смысле этого слова) слоями катализатора относится аппарат, применяемый для окисления аммиака. В нем реагирующий газ проходит всего через три или четыре слоя платиново-родиевой сетки, используемой в качестве катализатора. Если бы не влияние продольной диффузии, то для 100%-ного окисления аммиака хватило бы и меньшего числа таких сеток. [c.64] Вернуться к основной статье