Скорость процесса внешнедиффузионного

Когда скорость диффузии намного меньше скорости химической реакции, скорость процесса равна скорости диффузии. Эту макрокинетическую область протекания реакции называют внешнедиффузионной областью. Константа скорости диффузии очень слабо зависит от температуры и весьма заметно — от линейной скорости потока газа. Поэтому изменением указанных условий эксперимента можно вызвать переход из одной макрокинетической области в другую. В частности, переходу во внешнедиффузионную область благоприятствуют высокие температуры и малые линейные скорости газового потока. [c.73]

При использовании очень мелких частиц и малоинтенсивном псевдоожижении следует учитывать возможность роста внешнедиффузионного сопротивления с переходом процесса из кинетической области в область внешней или переходной диффузии. Учет кинетического и гидродинамического факторов позволяет определить диапазон рационального изменения размеров частиц катализатора но слоям многополочного реактора. Так, в реакторе для проведения экзотермической реакции нижние слои целесообразно загружать более мелкозернистым катализатором, чем верхние. Действительно, в этом случае диаметр зерна, для которого степень использования внутренней поверхности близка к 1, увеличивается Для каждой лежащей выше полки в соответствии с уменьшением температуры и изменением степени превращения. В то же время, учитывая, что в реальных промышленных аппаратах, как правило, верхние полки имеют большую высоту слоя катализатора, снижение для них числа взвешивания или разности рабочей и критической скоростей газа, за счет загрузки этих слоев крупнозернистым катализатором уменьшает перемешивание, проскок газовых пузырей и благоприятно сказывается на суммарной скорости процесса. [c.256]

Кинетическая и внешнедиффузионная области разделены переходной областью, в которой величины х и Р одного порядка и скорость процесса определяется как кинетическими, так и диффузионными факторами. В переходной области появляется зависимость скорости процесса от линейной скорости потока, становящаяся все более явной по мере роста отношения х/Р. а кажущаяся энергия активация снижается, падая практически до нуля во внешнедиффузионной области. [c.118]

Процесс очистки газа от сероводорода активированным углем широко изучался в Советском Союзе [5, 17]. Были проведены исследования процесса окисления сероводорода на активированном угле [34, 35] с цепью выяснения физико-химических основ процесса и подбора эффективной марки угля для промышленного способа очистки. Полученные результаты показали, что скорость процесса очистки газа определяется условиями подвода реагирующих веществ к поверхности угля. Кинетика очистки газа от сероводорода не зависит от природы активированного угля и носит внешнедиффузионный характер. [c.295]

Следует обратить внимание на характерные признаки протекания процесса во внешнедиффузионной области. Прежде всего, сли внешнедиффузионные ограничения существенны, то значительная конверсия сырья может быть достигнута в слое очень малой высоты или даже на отдельной грануле. Далее, поскольку механизм теплопередачи аналогичен механизму массопереноса, то во всех случаях, в которых найдено сильное внешнедиффузионное торможение, наблюдается также значительный разогрев гранул катализатора по отношению к омывающему их газу (тем больший, чем выше экзотермический эффект реакции диффундирующего компонента и чем больше разность его концентраций в потоке и у гранулы). Повышение температуры вызывает резкое увеличение наблюдаемой скорости процесса во внешнекинетической области, так как константа скорости находится в экспоненциальной зависимости от температуры а коэффициент диффузии относительно слабо зависит от температуры [Т где п = 1,5+2) именно поэтому при некоторой температуре реакции, когда начинает выполняться [c.86]

В литературе по ионообменным процессам рассматриваются многочисленные случаи кинетики внутреннего переноса в зернах ионитов при влиянии не только диффузионного переноса, но и переноса за счет электродиффузионного потенциала, с учетом влияния двойного электрического слоя на внешней границе зерна, с заметной ролью внешнедиффузионного сопротивления и т. д. Многочисленность кинетических вариантов здесь определяется тем обстоятельством, что для различных структур ионитов и разнообразных условий проведения процесса возможны различные комбинации существенно влияющих на суммарный процесс эффектов, а те или иные эффекты могут быть приняты пренебрежимо малыми. Действительно, только при чисто диффузионной определяющей кинетике возможны режимы, когда заметное влияние на суммарную скорость процесса оказывает только сопротивление внутренней диффузии в других случаях скорость процесса ионного обмена определяется суммарным сопротивлением наружного и внутреннего переноса компонента, а в иных случаях определяющим фактором может стать одно только наружное сопротивление в различных комбинациях могут рассматриваться обратимые или необратимые химические реакции, комплексообразования и т. д. Так, при [c.251]

Поскольку в промышленных регенераторах удельный расход воздуха 150—200 объемов на 1 объем катализатора и температура выше 650 °С, скорость процесса окисления кокса лимитируется внутридиффузионными и внешнедиффузионными факторами и, следовательно, с повышением температуры она изменяется мало. Кроме того, при температуре выше 680 °С кокс спекается в наибольшей степени, поэтому превышать эту температуру не рекомендуется. [c.44]

В [73] была изучена зависимость высоты теоретической тарелки Н от скорости потока и газа-носителя (Не и Аг) по пику кислорода на гопкалите для различных температур. Оказалось, что в области температур-290 и 320° С, отвечающих активированной адсорбции, кривые Н (и) для Не и Аг совпали. Это свидетельствует о том, что скорость активированной адсорбции значительно меньше скорости диффузии и поэтому только она определяет суммарную скорость процесса. При более низких и более высоких температурах кривые Н (и) для Не оказались ниже кривых Я (ы)-для Аг, что указывает на наличие в этих температурных областях внешнедиффузионного торможения. [c.143]

Установлено, что, как правило, наблюдается линейная зависимость между скоростью процесса и концентрацией комплексного иона в растворе, характерная для внешнедиффузионного процесса. Эту зависимость в большинстве случаев можно было представить эмпирическим уравнением [c.21]

При рассмотрении данных таблицы по горизонтали наблюдается приблизительно обратно пропорциональная зависимость константы скорости процесса от диаметра зерна ионита, что характерно для внешнедиффузионной массопередачи. [c.24]

Если скорость процесса определяется переносом вещества между потоком и поверхностью гранулы катализатора, то такой режим называется внешнедиффузионным. Известно, что высокотермические процессы могут иметь два устойчивых стационарных состояния — кинетический (или внутридиффузионный) и внешнедиффузионный режим. Процессы с небольшим тепловым эффектом — изо- и эндотермические — имеют область переходного режима между внешнедиффузионным и кинетическим. [c.160]

Формально такое же уравнение справедливо и для внешнедиффузионного режима, так как в этом случае скорость процесса также пропорциональна объемной концентрации кислорода и не зависит от закоксованности катализатора. Однако если процесс протекает во внешнедиффузионной области, наблюдаемая константа скорости сильно зависит от гидродинамических условий и слабо — от температуры (см. главу VIII). [c.307]

Внешнедиффузионная скорость процесса зависит от гидродинамического режима (скорости потока), температуры, диаметра зерен адсорбонта, коэффициента диффузии в среде между зернами, вязкости и плотности среды. [c.251]

При протекании процесса во внешнедиффузионной области его скорость линейно зависит от концентрации реагента, скорости потока и мало зависит от температуры, так как коэффициенты диффузии при повышении температуры раствора увеличиваются медленно. Поэтому энергия активации процесса невелика (8— 17 кДж/моль). Кроме того, диффузионное сопротивление не зависит от времени. При высокой скорости потока жидкости относительно поверхности растворяемого кристалла, когда внешнедиффузионное сопротивление становится небольшим, скорость процесса может обусловливаться виутреиней диффузией. [c.28]

Отличительные признаки протекания процесса во внутридиф-фузионной области скорость процесса не зависит от скорости потока жидкости относительно растворяемого тела, но существенно зависит от его пористости диффузионное сопротивление растет со временем, так как растет толщина слоя твердого продукта реакции и увеличивается путь диффузии. Помимо того, при малых степенях превращения количество прореагировавшего вещества пропорционально корню квадратному из времени. Так же как в случае внешнедиффузионной области, скорость процесса мало зависит от температуры. Энергия активации составляет 8— 21 кДж/моль. [c.29]

Переход внешнедиффузионной области во внутридиффузионную или кинетическую связан с линейной скоростью w подаваемых реагентов. На рис. 2.5 показано, как влияет значение w-на скорость процесса в каждой из перечисленных областей. Участок АВ соответствует внешнедиффузионной области, участок D, параллельный оси абсцисс, — внутридиффузионной или кинетической, а далее по мере роста w увеличивается пёремешивание, снижается ЛС и уменьшается и. Наконец после точки Е наступает полное перемешивание. [c.64]

Скорость процесса во внешнедиффузионной области (скорость этапов I и V — У1 5) равна [c.450]

Скорость окислительной конверсии метанола как гетерогеннокаталитической реакции, протекающей во внешнедиффузионной области, не зависит от объемной скорости подачи метанола (при уменьшении объемной скорости несколько возрастает лишь доля побочных превращений, протекающих в свободном пространстве). Роль временного параметра в реакциях рассматриваемого типа играет линейная скорость потока, рассчитываемая как отношение объема парогазовой смеси (метанол, вода, воздух), прошедшего за единицу времени, к площади сечения реактора. Чем выше линейная скорость, тем большее количество метанола (и кислорода) соприкасается за единицу времени с поверхностью катализатора и, следовательно, подвергается превращению, что позволяет говорить о повышении коэффициента использования поверхности катализатора [98]. Лишь при предельно низких линейных скоростях конверсия метанола возрастает. Обычно это происходит из-за резкого увеличения вклада побочных реакций, т. е. падения селективности образования формальдегида. И лишь при увеличении линейной скорости примерно на порядок и конверсия, и селективность образования начинает падать, теперь уже вследствие постепенного смещения системы во внекаталитическую область . Отмеченные зависимости наглядно видны и в том случае, когда вместо линейной скорости потока в качестве аргумента принимают пропорциональную ей величину, называемую нагрузкой по метанолу, и выражают массой последнего, которая подается на единицу сечения реактора в единицу времени. Очевидно, что нагрузка по метанолу наглядно характеризует производительность катализатора. Как показывает рис. 18, изменение нагрузки в пределах от 50—70 до 350—380 г/(см -ч) (линейная скорость потока увеличивается при этом от 1,5 до 6,0 м/с) практически не сказывается ни на конверсии метанола, ни на выходе формальдегида (рис. 18). В промышленных аппаратах линейная скорость поддерживается на уровне 0,7—1,5 м/с, что соответствует объемной скорости по жидкому сырью 24—33 ч . Сопоставление этой величины с объемной скоростью процесса в кинетической области (0,2 ч ) свидетельствует о том, что производительность серебряного катализатора во внешнедиффузионной области примерно на 2 порядка выше, чем в кинетической. Это соотношение примерно соблюдается и при сравнении производительности серебряного контакта с железомолибденовым. [c.45]

Противоположный результат соответствует малым значениям коэффициента массоотдачи к. Действительно, при к О величина дС1дп) -у О, а С onst. Соответствующий этим условиям режим называется внешнедиффузионным, так как скорость процесса лимитируется здесь внешней диффузией — отводом вещества от поверхности пористого тела. Интенсификация процесса за счет создания больших скоростей обтекания пористых тел жидкостью имеет в этом случае большие перспективы (см. раздел 1.4). [c.22]

Безразмерный комплекс Bi = l/D называется диффузионным критерием Био. По форме он аналогичен диффузионному критерию Нуссельта — формула (1.172). Между этими критериями имеется, однако, принципиальное различие, заключающееся в том, что в критерий Био входит коэффициент массоотдачи р в жидкости и коэффициент диффузии вещества D в твердом теле, тогда как в диффузионном критерии Нуссельта все величины относятся к одной фазе. Величины 1 D и 1/р выражают сопротивления массопереносу, обусловленные, соответственно, диффузией внутри пористого твердого тела (внутренней диффузией) и переносом вещества с поверхности твердого тела в раствор (внещней диффузией). Поэтому критерий Био — обобщенная переменная, выражающая отношение внутридиффузионного сопротивления к внешнедиффу-зионному. Если скорость процесса, лимитируется внутренней диффузией, т. е. l/D e> 1/р, то значения Bi получаются большими. В пределе при D - 0 критерий Bi оо. Если лимитирующим фактором является внешняя диффузия, т. е. 1 D <С 1/Р (внутридиффу-зионное сопротивление намного меньше внешнедиффузионного), то значения Bi получаются небольшими и в пределе Bi = 0. В реальных процессах значения Bi находятся в пределах О < Bi < оо. [c.456]

Полная очистка газа от этана достигается при температуре 347° С. С ростом объемной скорости влияние макрокинетических факторов на скорость процесса сказывается уже при более высоких температурах (рис. 1, б). При объемной скорости 6000 ч (ш = 8-10 кг/сек-м ) переход во впепшедиффузионную область наступает при температуре 360° С, а при объемной скорости 7000 ч- (да —9,3-10- кг сек-м ) —при температуре 380° С. Переход реакции гидрирования этана во внешнедиффузионную область на никель-хромовом катализаторе при объемной скорости 5000 и линейной скорости 3,32-10- кг1сек-м происходит при температуре 290° С [3]. Степень превращения этана составляет при этом 46% Очистка ПГ от пропана (содержание 1,4 об.%) происходит в кинетической области (рис. 2). [c.115]

Мы наблюдали увеличение степени превращения этана с ростом массовой скорости потока. Скорость процесса во внешнедиффузионной области обратно пропорциональна диаметру гранул катализатора (с гр) в степени 1,3—1,5. При одинаковых массовой скорости потока, степени превращения (движущей силы массопередачи) и порозности слоя наружная поверхность гранул катализатора увеличивается пропорционально 1/й(гр, а коэффициент массопередачи — в зависимости от ррщродинамического режима. Оценим влияние уменьшения гр катализатора на степень превращения этана при объемной скорости 10 000 ч-, массовой скорости 0,0338 кг/сек м , давлении 2 ата и температуре 320° С (рис. 3). На промышленном катализаторе (с1гр=5 мм) концентрация этана уменьшается на 4,3—2,54 = 1,76 об.%, а среднелогарифмическая разность парциальных давлений (АР) составляет 780 кг м . В случае фракции 2,5—2 мм концентрация этана уменьшается на 3,3% об.%, а АР = 530 кг м . Степень превращения этана при этом увеличивается в 3,3/1,76=1,87 раза. Скорость же массопередачи возрастает в (4,5 2,25) X (530 780) = 1,95 раза. В случае фракции 1,6—1,0 мм степень превращения этана увеличивается в 2,37 раза, а скорость массопередачи в 2,3 раза. Таким образом, наблюдается удовлетворительная согласованность между количествами подведенного этана к поверхности гранул катализатора и прореагировавшего в результате реакции. Вместе с тем возможно и большее отличие указанных величии в связи с неодинаковой порозностью слоя при различных фракциях катализатора, неправильной формой зерен последнего и выбором величины среднего диаметра гранулы. [c.167]

В области переходной между внешнедиффузионной и внеш-некинетической, приповерхностная концентрация вычисляется из формул типа (111.21) и (111.22), после чего определяется макроскопическая скорость процесса. В области, помежуточной между внешнедиффузионной и внутрикинетической, используется та же формула с подстановкой ка вместо а в области, переходной между внешне- и внутридиффузиопной, правая часть уравнения (111.21) заменяется на выражение (111.46). В последнем случае для учета внешнедиффузионного торможения можно также сразу решать уравнение ( 11.40) с комбинирован ным граничным условием [c.128]

В предыдуш,ем параграфе мы рассмотрели вопрос о скорости поглощения молекул или ионов сферическим зерном сорбента бесконечно большой емкости (коэффициент сорбции у бесконечно велик). Полученные результаты легко обобщаются для случая поглощения молекул или ионов зерном с конечным коэффициентом сорбции при следующем условии скорость диффузии молекул или ионов внутри зерна сорбента настолько велика, что не влийет на скорость поглощения. Рассмотрим сначала другой предельный случай, когда коэффициент диффузии молекул или ионов в зернах сорбента настолько мал, что скорость процесса поглощения определяется исключительно внутренней диффузией, а затем (в 14) перейдем к рассмотрению процесса поглощения, определяемого и внешней, и внутренней диффузией. Выясним также, при каких условиях одной из рассматриваемых стадий можно пренебречь и пользоваться либо уравнениями внешнедиффузионной кинетики, либо уравнениями внутри-диффузионной кинетики. [c.71]

В больпшнстве случаев скорость процессов растворения лимитируется скоростью диффузионного отвода растворенного вещества с поверхности частиц, поэтому конструкции аппаратов для их проведения ориентированы на увеличение скорости скольжения растворителя относительно поверхности частиц. С этой целью через слой неподвижною дисперсного материала под избыточным давлением или самотеком подают растворитель, снабжают агшарат циркуляционным насосом, интенсивно перемешивают суспензию пневматическим или механическим способом, применяют пульсаторы, вибраторы, вводят в зону растворения рабочие органы генераторов колебаний звуковой или сверхзвуковой частоты и т. п. Вне зависимости от того, лимитируется ли процесс внешнедиффузионным сопротивлением или собственно процессом растворения, скорость растворения, как правило, увеличивается с ростом температуры. Поэтому, если это экономически или технически целесообразно, аппараты для растворения снабжаются рубашками для подвода, а иногда и отвода тепла (для процессов химического растворения с высоким тепловыделением). Конструкции аппаратов зависят от способа организации процесса (периодический, непрерывный прямоточный и противоточный, многоступенчатый, комбинированный) и масштаба производства. В мало- [c.453]

Как и в любом массообменном процессе, скорость экстрагирования определяется скоростью протекания наиболее медленных стадий, и именно на эти стадии должны быть направлены интенсифицирующие воздействия. Для ускорения пропитки сырья экстрагентом необходимо удалить из него воздух, что достигается предварительным вакуумированием сырья, заменой воздуха в порах на газ с более высокой растворимостью в экстрагенте или проведением пропитки в переменном поле давления. Если скорость процесса ограничена скоростью растворения твердых включений внутри пористых тел (внутрикинетическая область), то на нее будег влиять температура и концентрация экстрагента в основном объеме жидкости. Если процесс протекает во внутридиффузионной области, т. е. лимитируется скоростью диффузии молекул в пористых телах, его ускорение достигается увеличением скорости диффузии, уменьшением размеров частиц или частичной заменой диффузионного массопереноса на конвективный. В том случае, когда наиболее медленной стадией является отвод ЦК с поверхности пористых тел шш подвод к ней экстрагента (внешнедиффузионная область), на скорость процесса существенное влияние оказываег гидродинамические условия в аппарате. [c.493]

При внешнедиффузионном механизме массопереноса прекращение перемешивания раствора на некоторое время не изменяет скорости процесса после возобновления перемешивания, так как при ЭТОМ возобновляется градиент концентрации между внешней и внутренней границей пристенного вязкого слоя раствора. Мало влияет на скорость внешнего массопереноса и концентрация раствора. Это свойство внешнего массопереноса обычно используется для выявления стадии, контролирующей скорость адсорбции в условиях эксперимента. Разумеется, градиент удельной адсорбции в направлении i радиуса зерна адсорбента и достигнутая степень приближения удельной адсорбцйи к равновесной величине также не отражаются на скорости адсорбции до тех пор, пока скорость внешнего массопереноса остается лимитирующей стадией процесса. По этому признаку также можно судить о том, какая из стадий массопереноса контролирует процесс адсорбции. Приближенно выяснить, внешний или внутренний массоперенос определяет в конкретных условиях опыта скорость адсорбции, можно, используя критерий Био, т. е. отношение внутреннего сопротивления массопереносу в зерне адсорбента к внешнему сопротивлению массопереносу из жидкости путем диффузии через пограничный вязкий слой к поверхности зерна [c.194]

Когда реакция происходит на поверхности пористого материала (экстрагирование, выщелачивание, иногда растворение), могут существовать четыре предельные области 1) внешнедиффузионная, в которой общая скорость процесса определяется диффузией в объеме, а концентрация активного компонента внутри пор и на поверхности пористого материала значительно меньше концентрации в объеме 2) внутридиффузионная, для которой определяющей стадией является диффузия в порах 3) внутренняя кинетическая, при которой концентрация в порах совпадает с концентрацией в объеме (пор11стый материал доступен в диффузионном отношении и в то же время обладает сравнительно низкой химической активностью) [c.165]

С другой стороны, при повышении те.мпературы гетерогенный процесс южeт перейти из кинетической области во внешнедиффузионную. На рис. 51 показано влияние температуры и степени турбулизации потока на скорость взаимодействия тверды.х и газообразных реагентов (обжиг, горение и др.). В области низких температур определяющей стадией является химическая реакция. В этой области скорость процесса возрастает пропорционально телшературе. При высоких же температурах скорость реакции настолько возрастает, что процесс переходит в диффузионную область, т. е. лимитирует его общую скорость, степень турбулизации газового потока (его линейная скорость). Такой же вид кривых зависимости об-щей скорости процесса (или выхода продукта) от температуры и интенсивности перемешивания реагентов (или скорости реагирующих фаз) характерен и для других гетерогенных процессов. [c.161]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология