Внутридиффузионная область протекания процесса

Внутридиффузионную область протекания процесса, в свою очередь, можно разделить на три участка, определяемые соотношением 2гД, где г — радиус пор — длина свободного пробега молекулы. [c.73]

ВНУТРИДИФФУЗИОННАЯ ОБЛАСТЬ ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССОВ [c.76]

Первый фактор используют для определения внутридиффузионной области протекания процесса. С этой целью измеряют скорость процесса или степень превращения реагентов в зависимости от раз мера частиц твердой фазы при постоянном времени контакта фаз (рис. 5.3). С уменьшением снижаются внутридиффузионные торможения, и вследствие этого растет скорость (зона /). Практическая неизменность U н X при уменьшении размера частиц ниже некоторого значения (зона II) свидетельствует о переходе процесса в кинетическую область. [c.77]

Скорость реакции во внутридиффузионном режиме. Во внутридиффузионной области протекания реакции задача вычисления фактора эффективности значительно упрощается, и зависимость его от основных параметров процесса может быть получена в аналитической форме. Действительно, если реакция необратима, то во внутридиффузионном режиме концентрация ключевого (лимитирующего) вещества в центре пластины близка к нулю поэтому формулу (111.74) можно переписать в виде [c.128]

Обычно лимитирующей стадией каталитического крекинга является собственно химическая реакция на поверхности (кинетическая область протекания реакции). В некоторых случаях для цеолитсодержащих катализаторов при неудовлетворительной пористой структуре матрицы скорость процесса лимитируется диффузией реагентов в порах (внутридиффузионная область протекания реакции). Так, по данным [39], для образцов промышленного шарикового цеолитсодержащего катализатора Цеокар-2 размером пор 3,8—4,0 нм наблюдался переход реакции во внутридиффузионную область при 47 "С с соответствующим снижением кажущейся энергии активации крекинга исходного снрья- 46.fr до [c.105]

Большое значение имеет также понятие о внутридиффузионной области протекания химического процесса на твердом пористом катализаторе, когда на скорость химического превращения оказывает влияние скорость диффузии вешества через поры катализатора. Подробнее об областях протекания химических реакций см., например, в монографии [3]. [c.20]

Каждое из слагаемых в скобках отвечает за соответствующий этап процесса. Наблюдаемая константа скорости зависит от параметров стадий процесса к. В, Р), размера частицы (/ о) и размера ядра (ря), т. е. она меняется в процессе. Последнее может привести к тому, что по мере превращения твердой частицы возможен переход из одного режима в другой. Например, начавшись во внешнедиффузионном режиме (третье слагаемое в скобках значительно больше остальных), процесс перейдет во внутридиффузионный или кинетический, поскольку с уменьшением ря возрастают первое и второе слагаемые, ответственные за эти области протекания процесса. [c.78]

При выборе типа реактора теоретический режим, выявленный в процессе исследования микрокинетики, является своего рода эталоном, который показывает характер необходимого изменения режима в реакторе с глубиной превращения. Выбирая тип реактора, необходимо знать область протекания процесса (диффузионная или кинетическая). Так, внешнедиффузионные процессы осуществляются в адиабатических реакторах с одним небольшим по высоте слоем катализатора. Далее нужно оценить степень внутридиффузионного торможения процесса на зерне. Если протекают одна простая реакция или несколько параллельных реакций, внутридиффузионное торможение только снижает наблюдаемую активность катализатора. Однако, если полезный продукт частично претерпевает в реакторе какие-то изменения (например, при последовательной схеме реакций с полезным промежуточным продуктом), внутридиффузионное торможение может значительно уменьшить селективность процесса. Чтобы избежать этого, приходится значительно уменьшать размер зерна катализатора, что влияет на выбор типа аппарата. [c.420]

Области протекания процесса а —внешнедиффузионная б —внутридиффузионная в—кинетическая. / — Ламинарная пленка газа 2—слой исходного твердого вещества В 5—слой пористого продукта С, [c.91]

Все три предельных случая характерны для протекания процесса эмульсионной полимеризации. Кривая 1 (кинетическая область) характерна для первоначальной стадии процесса (первая стадия) до момента исчезновения мицелл эмульгатора. Кривые 2 и 3 (промежуточная область) характеризуют вторую стадию (от момента исчезновения мицелл эмульгатора до момента исчезновения капель мономера). Кривая 4 (внутридиффузионная область) характерна для третьей стадии процесса. Из рис. 3.4 видно, что на первой стадии зона реакции занимает всю частицу и реакция протекает равномерно по ее объему. Затем, по мере расходования мономера в частице, зона реакции постепенно смещается к границе раздела фаз. К концу второй и началу третьей стадии она локализуется в узкой пограничной области со стороны полимер-мономе р-ной частицы. Наконец, когда весь мономер в водной фазе израсходуется, реакционная зона опять распространится на всю частицу, связывая оставшиеся молекулы мономера. [c.157]

Лимитирующей стадией каталитического крекинга является химическая реакция на поверхности — в кинетической области протекания реакции. В случае применения цеолитсодержащих катализаторов, имеющих разветвленную пористую структуру, скорость процесса может лимитироваться диффузией реагирующих молекул в порах катализатора (внутридиффузионная область). Каталитический крекинг углеводородов является необратимой реакцией первого порядка. [c.95]

Итак, для получения надежных величин удельной активности условия эксперимента должны быть достаточно жестко лимитированы необходимо исследовать катализаторы,длительно поработавшие, достигшие стационарного состава исследования должны выполняться в изотермических условиях и в кинетической области. Последний фактор особенно важен для жидкофазных каталитических процессов. В жидкофазных реакциях, исключив влияние внешнедиффузионных ограничений, часто упускают из виду возможность протекания реакции во внутридиффузионной области. Для тонкопористых катализаторов это приводит к росту удельной активности с увеличением степени дисперсности катализаторов, если ие учитывается степень использования внутренней поверхности катализаторов, если в уравнения для расчета удельной активности не вводится при этом коэффициент т]. [c.143]

Протекание процесса во внутридиффузионной области характерно для большинства промышленных катализаторов, при этом диффузия сопровождается протеканием химической реакции. Для крупнопористых катализаторов, у которых диаметр пор больше средней длины свободного пробега молекул (при 0,1 мПа — 100 нм при 30 мПа — 1 нм), перенос массы осуществляется за счет молекулярной диффузии. Для тонкопористых катализаторов при расчете скорости используют эффективный коэффициент диффузии (Д,), определяемый, как правило, экспериментально [c.451]

Внутренняя диффузионная область. Закономерности протекания процесса во внутренней диффузионной области для газофазных и жидкофазных процессов одни и те же, однако для последних возможность внутридиффузионных затруднений значительно больше, поскольку коэффициенты молекулярной диффузии газов в жидкостях по порядку величины в 10 раз меньше, чем в газах. Поэтому можно ожидать, что при использовании катализаторов даже с крупными порами (10 — —10 см) глубина проникновения реакции в зерно будет очень мала. [c.425]

Внешний перенос массы зависит прежде всего от гидродинамического состояния системы, от скорости потока. Вследствие этого внешнедиффузионная область процесса наиболее вероятна при малой объемной скорости потока и высокой температуре, когда увеличивается различие между константами скоростей химического и физического процессов. Обратное изменение этих факторов ведет к переводу процесса во внутридиффузионную область — практически важному случаю протекания процесса химического превращения вещества. [c.462]

Зависимость, выражаемая уравнением (П1.36), представлена на рис. 111.13 (кривая 3), из которого следует, что, если процесс протекает в кинетической области, то степень превращения находится примерно в такой же зависимости от т/тп, что и при протекании процесса во внутридиффузионной области. [c.88]

На тип изотермы отравления оказывает влияние соотношение областей кинетики основной реакции и кинетики адсорбции яда. Если реакция протекает в кинетической области, то изотерма отравления может быть линейной по отношению к количеству поглощенного яда вне зависимости от области протекания адсорбции последнего. Если реакция и адсорбция яда из потока протекает во внутридиффузионной области, то реакция будет сильнее тормозиться первы.ми порциями яда. Это обусловлено тем, что в рассматриваемом случае в первую очередь происходит отравление верхних слоев зерна катализатора, создавая дополнительно диффузионное сопротивление. При диффузионной кинетике реакции и адсорбции яда в кинетической области отклонения от линейности, не слишком сильные, связаны с большим влиянием последних порций яда из-за перевода процесса в кинетическую область. Интересен случай, реализуемый только при самоотравлении, например за счет закоксовывания. Если оба процесса, реакция и адсорбция, протекают в диффузионной области, то заметное влияние будут оказывать только последние порции яда. Это понятно, поскольку яд, диффундируя из центра зерна, оказывает влияние на диффузионное сопротивление реакции лишь в конце своего накопления. Изложенные закономерности полностью приложимы при первом и близком к нему порядке основной реакции в других случаях они могут быть сильно искажены. [c.99]

Рис. 5.8. Характер изменения концентрации Сд исходных реагентов и скорости реакции V по длине поры Гири протекании процесса во внутридиффузионной области

Рассмотренные выше закономерности протекания процессов во внешнедиффузионной, внутридиффузионной и кинетической областях отражают предельные случаи, когда одна из соответствующих стадий является лимитирующей и ее скорость определяет скорость процесса в целом. Изменение параметров технологического режима (температуры, давления, концентраций, линейной скорости потока, интенсивности перемешивания, размеров частиц твердой фазы, их пористой структуры, длительности взаимодействия фаз и др.) может привести к переходу процесса из одной области протекания в другую. [c.86]

В этом отношении характерно влияние температуры на протекание гетерогенного процесса в системе Г —Т (пористый катализатор). При низких температурах, как правило, процесс лимитируется скоростью химической реакции. Скорость подвода вещества к внешней и внутренней поверхности раздела фаз (кривые 3 и 2 в зоне I на рис. 5.10) может существенно превосходить скорость химической реакции (кривая 1 в зоне /). С ростом температуры константа скорости химической реакции растет по экспоненциальному закону с показателем степени от 0,5 (для кнудсеновской диффузии) до 1,8 (для молекулярной диффузии), Коэффициент конвективной диффузии и ее скорость при подводе реагентов к внешней поверхности катализатора практически не зависят от температуры (линия 3). Таким образом, темп роста константы скорости реакции существенно выше, чем увеличение коэффициентов диффузии. А это означает, что при некоторой температуре стадия внутренней диффузии станет более медленной по сравнению с химической реакцией и процесс перейдет постепенно во внутридиффузионную область, а его скорость будет ограничиваться скоростью внутренней диффузии (кривая 2 в зоне II). [c.86]

Результаты расчетов представлены в виде кривых на рис. 4.1. Границы кинетической области, которая расположена выше кривых, приведены в координатах входная температура-начальная концентрация кислорода Как видно из рисунка, выжиг кокса в кинетической области может быть реализован не для любых условий. Например, при начальной закоксованности 3% (масс.) и температурах ни ке 500 °С (при = = 10% (масс.) и Тг< 510 °С) регенерация катализатора будет проходить в области внутренней диффузии даже в атмосфере чистого кислорода. Аналогичная ситуация возникает при низких концентрациях кислорода. Так, при q = 3% (масс.) и концентрации кислорода ниже 6,5% (об.) (при 10% масс, и X <9% об.) даже при температурах 750 °С кинетические условия выжига кокса реализовать невозможно. Этот результат согласуется с выводом Ч. Саттерфилда [75] скорость горения прямо пропорциональна концентрации кислорода в окислительном газе, но так как реакция лимитируется диффузией, то влияние температуры на скорость реакции незначительно . Иногда в литературе медленную скорость удаления кокса, например, для условий qt = 6% (масс.), х = 2% (об.) и 7 = 487 °С [153] объясняют протеканием процесса исключительно в кинетической области. Однако из того факта, что скорость выжига мала, вовсе не следует, что процесс лимитируется кинетикой. Как видно из рис. 4.1, единственно возможная область протекания процесса при таких условиях-внутридиффузионная или переходная. [c.77]

Переход от внеш.недиффузионной области во внутридиффузион-ную или кинетическую связан с линейной скоростью подаваемых реагентов на. На рис. 23 можно видеть, как влияет эта скорость на величину и в каждой области протекания процесса. В области внешней диффузии (участок I) увеличение ш ускоряет процесс участок СО параллелен оси абсцисс и соответствует внутридиффузионной или кинетической области. Далее по мере роста линейной скорости увеличивается перемешивание, снижается ДС и понижается и. Наконец, после точки Е наступает полное перемешивание, и гидродинамика процесса перестает быть связанной с его кинетикой. [c.73]

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]

Конкретный вид уравнений скорости зависит от области протекания процесса. При низких температурах (менее 500 °С) обжиг протекает в кинетической области, а при высоких (более 800 °С) — в диффузионной. На начальной стадии обжига процесс лимитируется скоростью диффузии паров серы с наружной поверхности частиц колчедана в газовый поток, т. е. процесс протекает во внешнедиффузионной области. По мере горения сульфидов на поверхностн зерен образуется слой оксидов (огарок). Общая скорость процесса определяется скоростью диффузии паров серы через слой огарка или скоростью диффузии кислорода вггутрь частиц. Таким образом, процесс протекает во внутридиффузионной [c.180]

Как показано в главе IX, конечной целью определения оптимальной температурной последовательности (ОТП) в реакторе является оптимальная селективность процесса в каждом сечении алпарата. Но на селективность сложной химической реакции, протекающей на пористом катализаторе, а также на производительность единицы объема катализатора можно оказать влияние, варьируя пористзгю структуру катализатора. В случае изменения пористой структуры катализатора при фиксированной температуре кинетика химической реакции будет переходить из одной кинетической области в другую, например, из внутрикинетической во внутридиффузионную или наоборот. Соответственно изменится и селективность сложной реакции. В общем случае для определения оптимальной области протекания реакции, с точки зрения селективности, необходимо решить внутридиффузионную задачу в виде системы уравнений [c.191]

Модель обеспечивает решение поставленной задачи оптимизации, но наиболее перспективным способом интенсификации процесса получения сульфокатионитов является подбор растворителя, обеспечивающего перевод процесса во внешнекипетическую или внутридиффузионную области его протекания. [c.368]

Общая скорость гетерогенного каталитического процесса ог]ределя-ется относительными скоростями отдельных стадий и может лимитироваться наиболее медленной из них. Ра шичают три области протекания каталитических реакций кинетическая, внутридиффузионная и внешнедиффузионная. [c.88]

Принято различать кинетическую и диффузионную области протекания гетерогенно-каталитических п юцессов. В кинетической области скорость процесса определяется химической реакцией на поверхности катализатора. В диффузионной области скорость процесса определяется диффузией реагентов (внешнедиффузионная - диффузией реагентов из потока к внешней поверхности зерна катализатора, внутридиффузионная - диффузией реагентов от внешней поверхности зерна катализатора к внутренней его поверхности). [c.673]

Названные четыре области протекания реакции в двухфазном потоке, очевидно, аналогичны соответственно внещнедиффу-зионной, внещнекинетической, внутридиффузионной и внутрикинетической областям протекания реакции на твердом катализаторе, и особенности кинетики и избирательности процесса в каждой из этих областей подобны обсуждавшимся в гл. III, пп. 2—4. Особые названия для областей протекания реакции в двухфазном потоке необходимы потому, что активная фаза во многих процессах является на самом деле гетерогенной и во внутрифазнокинетической области кинетика процесса на катализаторе, взвешенном в активной фазе, может быть как истинно химической, так и диффузионной. [c.217]

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]

В лимитируемой химической кинетикой области процесс определяется скоростью сгорания углерода в порах (внутрикине-тическая область). Реагирующий кислород диффундирует ко всем частицам кокса через зерно и, следовательно, сгорание протекает по всему объему зерна, но с различными скоростями в различных точках по радиусу зерна. Область, контролируемая массопереносом или диффузией (внутридиффузионная область), характеризуется механизмом нарастающей оболочки . Зона реакции в этом процессе движется как тонкая оболочка от внешней поверхности по направлению к центру во время протекания реакции. Скорость диффузии кислорода становится значительно меньшей, чем скорость химической реакции кокса, и лимитирует реакцию сгорания. В общем случае, однако, скорость регенерации не полностью определяется каждым из этих двух механизмов, так как обе стадии могут влиять на скорость процесса в различной степени. Когда обе стадии влияют примерно одинаково, то считают, что скорость сгорания лимитируется как химической реакцией, так и диффузией (переходная область). [c.207]

Вопросы теории диффузионного торможения при каталитических процессах рассмотрены в ряде научных статей и монографий -Различают три основные области протекания каталитических процессов кинетическую, внешнедиффузнонную и внутридиффузионную и соответствующие переходные области. [c.45]

Протекание процессов во внутридиффузионной области наиболее часто наблюдается в системе Г—Т или Ж—Т, если твердое вещество является пористым. Лимитирующей стадией в этом случае будет диффузия реагентов или продуктов реакции в порах. Наблюдаемая скорость процесса определяется или скоростью доставки реагентов от внешней поверхности к внутренней, на которой осуществляется химическая реакция, или скоростью диффузии продуктов реакции из объема пористого тела к его внешней поверхности. Поскольку скорость химической реакции в рассматриваемом случае ограничивается возможностями доставки реагентов к внутренней поверхности, то говорят о внутридиффузионном тЬрможении процесса. Если внешнедиффузионные торможения снижаются с уменьшением толщины пограничного слоя, то внутридиффузионные торможения при неизменных условиях проведения процесса ослабляются с уменьшением длины пор. [c.76]

Характерные признаки протекания процессов во внутридиффузионной области а) сильная зависимость скорости процесса от размера частиц йч твердого материала, связанная с ослаблением внутридиффузионных торможений с уменьшением йч и соответственно средней длины пор б) незначительное влияние температуры на скорость процесса, особенно при мелкопористой структуре твердого вещества, диффузия в котором протекает по механизму Кнудсена в) изменение порядка реакции и энергии активации при изменении условий протекания процесса Т,Р,С, .,) г) наличие градиента температур внутри пористого твердого материала. Разность температур между внутренней и внешней поверхностью может превышать 100 градусов при высоком тепловом эффекте и низкой теплопроводности материала пористого тела. [c.77]

При протекании гетерогенно-каталитического процесса с использованием пористых катализаторов во внутридиффузионной области влияние диффузионных торможений определяется так называемой степенью использования внутренней новерхноети, численно равной отношению фактической скорости процесса Уфакт к скорости процессй в отсутствие диффузионных торможений или, иначе, к максимальной скорости, соответствующей кинетической области i/макс [c.84]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология