Диффузия и реакция в пограничном слое

Во втором уравнении предполагается, что реакция имеет первый порядок, причем скорость реакции считается пропорциональной концентрации с реагирующего газа на поверхности раздела фаз. Первое выражение является достаточно известным в химической технологии оно применимо к диффузии через пограничный слой толщиной X из ядра потока газа, в котором концентрация реагента с предполагается постоянной. [c.37]

Поток внутреннего окислителя, образующегося при разложении теплозащитного материала, исчезает в результате химических реакций с коксом и отводится диффузией через пограничный слой во внешний поток [c.104]

Поток окислителя, образующегося при диссоциации молекул наполнителя, расходуется на химические реакции с коксом и на диффузию через пограничный слой во внешний поток [c.105]

Наиболее прямые применения операторного метода связаны с диффузией в неподвижной среде. Сложнее применение этого метода к процессам конвективной диффузии, хотя и в этой области имеется ряд интересных результатов. В качестве примера укажем работу Кишиневского [54], где процесс поглощения газов жидкими растворами рассматривается не как стационарная диффузия в пограничном слое, но как нестационарный процесс турбулентной диффузии в течение времени обновления поверхностного слоя, которое вводится в теорию в качестве параметра. Для описания турбулентного переноса используется обычное уравнение диффузии, в котором роль коэффициента диффузии играет коэффициент турбулентного обмена. Операторный метод применим только к линейным уравнениям и потому, как правило, к реакциям толь- [c.138]

Из уравнений (1У-19) и (1У-20) следует, что А, а значит, и доля реагирующего углекислого газа [ — Х1(Х- -2)] является функцией отношения потери веса углерода к скорости струи СО2 на входе. Эту зависимость при любой температуре можно выразить простой кривой. Однако для скорости газификации N этого сделать нельзя. Как показали опыты по выяснению роли концентрации инертного газа и объемной скорости, диффузия в пограничном слое газа протекает очень быстро и не лимитирует скорость реакций, [c.228]

При проведении опытов при 1000, 1100 и 1200° использовали частицы нескольких размеров. Как видно из данных рис. 124, вряд ли можно заметить какую-либо тенденцию в изменении скорости реакции в зависимости от размера частиц в интервале от 16—20 до 100—140 меш. Отсюда следует, что при данных условиях диффузия в пограничном слое не играет важной роли. [c.242]

Так же как и в реакции с двуокисью углерода, при постоянной скорости потока паров воды и количестве кокса в систему вводили гелий с последовательно возрастающими скоростями. Результаты измерений представлены на рис. 129, из которого следует, что простое разбавление газа, приводящее к повышению объемной скорости, не влияет на скорость реакции. Этот факт, так же как и независимость скорости реакции от размеров частиц, наглядно свидетельствует о том, что скорость диффузии в пограничном слое газа значительно выше скорости газификации. Данные рис. 129 указывают на нулевой порядок реакции по воде, что, согласно уравнению (1У-31), не случайно. Как и для реакции с двуокисью углерода, при исследовании кинетики гетерогенных реакций с водяным паром парциальное давление паров воды и объемную скорость нельзя использовать в качестве независимых переменных. [c.242]

Верхний режим — температура процесса велика, константа скорости возрастает настолько, что реакция протекает у внешней поверхности зерна. Процессы лимитируются диффузией через пограничный слой. [c.205]

Скорость реакции определяется лишь скоростью переноса реагирующего вещества к поверхности частицы и может быть увеличена только при изменении гидродинамического режима. Это связано с тем, что процессы обмена между газовым потоком и внешней поверхностью частиц материала определяются не только диффузией, но и конвекцией. С развитием турбулентности потока влияние конвективной составляющей растет, и диффузионный перенос преобладает лишь в сравнительно тонкой ламинарной пленке газа у поверхности частиц. Несмотря на небольшую толщину этой пленки, диффузия в пограничном слое протекает значительно медленнее конвекции вещества поэтому общая скорость переноса вещества в основном лимитируется диффузией, хотя падение концентраций может происходить и в турбулентной зоне. [c.181]

ТОВ реакции равновесие будет сдвигаться и начнут образовываться новые их количества. В качестве примера можно указать на абсорбцию окислов азота. Для общей скорости процесса решающей будет не только скорость диффузии через пограничный слой, но также скорость химической реакции. [c.779]

Поверхностные реакции, определяемые диффузией. Имеются два возможных фактора, контролирующих скорость уноса массы с реагирующей поверхности, обтекаемой газом. Одним из факторов является химическая кинетика поверхностных реакций в гетерогенной фазе, другим фактором служит скорость, с которой реагирующие компоненты могут переноситься за счет конвекции и диффузии через пограничный слой к реагирующей поверхности, и скорость, с которой продукты реакций могут диффундировать и переноситься конвекцией от поверхности. Мы будем здесь предполагать, что процессы диффузии и конвекции лимитируют процесс уноса массы, и вернемся к проверке этого предположения в следующем пункте. [c.157]

Если межфазная поликонденсация протекает в тонком слое на границе органической и водной фаз и соотношение компонентов в зоне реакции обусловлено скоростью их диффузии в пограничный слой, то при эмульсионной поликонденсации реакция образования полимера протекает во всем объеме органической фазы и соотношение реагирующих веществ зависит от исходной концентрации. [c.258]

Упрощенным видом дифференциального уравнения, описывающего диффузию в пограничном слое между пластинкой и плоскостью, в которой протекает реакция, является [c.711]

Этот факт получил объяснение в работах Крылова [49, 50]. Границы применимости пенетрационной модели рассматривались в работах [51—53]. Очевидно, что пенетрационная модель справедлива только в тех случаях, когда время контакта фаз мало по сравнению с характерным временем релаксации диффузионного процесса, т. е. с временем установления стационарного диффузионного потока при данном значении движущей силы процесса. Наличие химической реакции в объеме сплошной фазы существенно сказывается не только на скорости массопередачи, но и на времени релаксации процесса. Крылов [50] решил задачу о нестационарной диффузии в системе с химической реакцией в рамках приближения диффузионного пограничного слоя и установил границы применимости пенетрационной модели для решения подобных задач. Было показано, что для [c.233]

Знаменатель уравнения (1-76) равен обратной величине коэффициента массопередачи при предположении, что диффузия идет через весь пограничный слой фазы экстракта. Из уравнения следует, что в случае почти мгновенной гомогенной реакции интенсивность экстрагирования по сравнению с чисто физической диффузией увеличивается тем больше, чем больше концентрация реагирующего вещества в растворителе. [c.70]

Наконец, кривые типа 3 наблюдаются, когда реакция настолько быстрая, что полностью протекает в пограничном слое, точнее, в очень узкой зоне, куда А VI В поступают путем диффузии. В объеме жидкости реакция не происходит, а общая степень превращения пропорциональна поверхности раздела фаз. Характер кривых определяется соотношением < >/с . (см. рис. У-З). [c.161]

При беспламенном горении окисление происходит на поверхности раздела двух фаз при этом концентрация реагирующих веществ в пограничном слое уменьшается, а концентрация продуктов сгорания увеличивается. Скорость горения данного вещества зависит от температуры, давления, удельной поверхности вещества, скорости диффузии кислорода через пограничный слой и скорости окислительных реакций. [c.141]

Скорость окисления оксида углерода повышается в присутствии небольших количеств влаги. Скорость реакции окисления углерода больше, чем скорость диффузии кислорода, и наоборот, скорость реакции взаимодействия углерода с диоксидом углерода меньше скорости диффузии кислорода. Поскольку основой является реакция окисления, при уменьшении толщины пограничного слоя увеличивается скорость горения. Это и происходит в условня.ч пожара при увеличении скорости воздушных потоков, омывающих поверхности горящих веществ. [c.141]

Итак, определим скорость, с которой вступает в реакцию отдельная сферическая частица при условии переноса реагентов через пограничную пленку и диффузии их через слой золы . [c.334]

Перенос вещества из потока газов к внешней поверхности зерен происходит двумя. способами . нормальной (обычной молекулярной) диффузией и конвекцией. Промышленные процессы проводятся в условиях интенсивного движения реагирующего газа при этом в основной части потока нормальная диффузия играет пренебрежимо малую роль, а благодаря конвекции достигается выравнивание состава по сечению аппарата. Вблизи внешней поверхности зерен создается тонкий слой, внутри которого концентрация реагентов меняется от значений в основном потоке Ср до концентраций на внешней поверхности зерен С , определяемой соотношением скоростей тепло- и массопереноса и химической реакции. Эта область называется диффузионным пограничным слоем. Поток вещества сквозь диффузионный пограничный слой сферического зерна катализатора определяется из уравнения [c.53]

Механизм образования азотной кислоты при абсорбции оксида азота (IV) водой, а затем образующейся водной азотной кислотой, заключается в том, что оксид азота (IV) диффундирует через пограничный слой газа к поверхности жидкости и абсорбируется ею. При этом оксид азота (IV) реагирует с водой (реакция 1) со скоростью, превышающей скорость диффузии и скорость реакции разложения азотистой кислоты (реакция 3). [c.221]

Концентрация реагента в пограничном слое сь определяется диффузией перпендикулярно границе раздела (в горизонтальном направлении) и реакцией [c.186]

При гетерогенных реакциях горения или процессах испарения молекулярная диффузия и теплопроводность осуществляются только внутри сравнительно тонкого пограничного слоя у поверхности, так как внешний газовый поток является большей частью турбулентным. Тем не менее, в этом случае именно процессы переноса в пограничном слое являются решающими для процесса горения или испарения. Интенсивность переноса вещества и тепла в турбулентном потоке во много раз превосходит интенсивность переноса в пограничном слое. Поэтому скорость тепло- и массообмена поверхности с потоком в основном определяется молекулярным переносом в пограничном слое. [c.80]

И, наконец, при третьем режиме, рассматриваемом Уике, константа скорости становится настолько большой, что реакция существенно локализуется на внешней поверхности зерна, и, таким образом, массопередача через гидродинамический пограничный слой становится лимитирующим фактором. Температурный коэффициент наблюдаемой скорости реакции становится, следовательно, даже еще меньше и соответствует температурной зависимости отношения 0 х, где О — соответствующий коэффициент диффузии через пограничный слой, а х — его эффективная толщина. [c.43]

Таким образом, для вычисления макроскопической скорости реакции, идущей на неравнодоступной поверхности, недостаточно знать химическую кинетику процесса и средний коэффициент массопередачи. Единственно строгим методом расчета, как отмечалось в п. 1, является решение уравнения конвективной диффузии в пограничном слое с граничным условием, учитывающим скорость химических превращений. Решение этой задачи для полубесконечной пластины, обтекаемой ламинарным потоком жидкости [1], показывает, что эффективная толщина пограничного слоя зависит не только от физических свойств потока и скорости его движения, но и от скорости химической реакции на поверхности. Приближенное решение той же задачи для газового потока с ламинарным и турбулентным пограничным слоем получено в работах [5, 6]. Попытки строгого решения задачи для тел более сложной формы, а также учета разогрева реагирующей смеси и поверхности катализатора за счет тепла реакции наталкиваются на серьезные затруднения.-Поэтому до сих пор все расчеты и исследования диффузионной [c.123]

Как и в реакции СО2 с коксом, можно построить простую зависимость доли прореагировавшей Н2О от W Nн20 Для любых температур (см. рис. 124). Однако построить такую зависимость для скорости газификации Мс не удается. Как показали эксперименты по выяснению роли парциального давления и объемной скорости, диффузия в пограничном слое газа не влияет на скорость реакции. [c.243]

При смешении фосфата с серной кислотой жидкая фаза в тонком слое возле поверхности каждой частицы насыщается сульфатом кальция. Скорость его диффузии из пограничного слоя в раствор определяет скорость разложения фосфата. В известных условиях тонкий слой раствора на поверхности частиц быстро пересыщается сульфатом кальция, который затем осаждается непосредственно на фосфатных частицах, тормозя дальнейшее протекание реакции. Такое пассивирование частиц фосфата зависит от размеров и формы образующихся кристаллов aS04. [c.118]

В тех случаях, когда скорости гетерогенных химических реакций, проводимых на твердых катализаторах, лимитируются диффузией реагируюищх веществ к зоне реакции, часто оказывается целесообразным применять тонко измельченные катализаторы для ускорения внутренней диффузии и создавать интенсивное перемешивание в зоне реакции с целью увеличения скорости внешней диффузии. Для систем жидкость — жидкость скорость реакции может лимитироваться диффузией молекул из объема к поверхности раздела фаз и через пограничный слой. Для интенсификации процесса в системах жидкость — жидкость увеличивают поверхность фазового контакта реагирующих веществ путем увеличения их степени дисперсности и интенсивного перемешивания. [c.273]

На основании пленочной теории, согласно которой имеется линейная зависимость скорости массопередачн от коэффициента молекулярной диффузии, /п = 1. В соответствии же с теорией проникновения, независимо от вида функций распределения возрастов, элементов т — 0,5. Значит, из пенетрационной теории следует, что скорости массопереноса пропорциональны квадратному корню из коэффициента диффузии. Фридландер и Литт [13] при рассмотрении задачи массопереноса от твердой поверхности к ламинарному пограничному слою, при наличии мгновенной реакции, получили уравнение, напоминающее уравнение (5.14). При этом т= /з, чего и следовало ожидать, принимая скорость массопереноса в пограничных слоях пропорциональной величине коэффициента молекулярной диффузии в степени Va- [c.63]

Растворение металла, идущее одновременно с образованием Нг из ионов Н в растворе, представляет собой случай, в котором анодный и катодный процессы протекают на одном и том же электроде. (Эти процессы называются полиэлектродными.) При этом как диффузия, так и химические процессы могут стать лимитирующими. Ранние работы по растворению амальгам натрия [7-6] в кислотах и основаниях указывают на то, что скорость реакции имеет первый порядок по Н" и приблизительно порядок /2 по концентрации натрия. Для кислых растворов эти факты объяснялись тем, что процесс лимитируется диффузией. Однако, как показали более поздние исследования [77—80], скорость растворения металлов в различных кислотах и растворителях пропорциональна концентрации недиссоциированной формы кислоты и относительные константы скорости в различных кислотах хорошо ложатся на прямую Бренстеда. По-видимому, в этом случае лимитирующей стадией является перенос протона от молекулы недиссоциированной кислоты к поверхности металла , причем реакция подвергается специфическому катализу кислотами. При растворении солей, таких, как Na l, в системах с перемешивающим устройством предполагается, что скорость реакции лимитируется диффузией, причем диффузия происходит через пограничный слой насыщенного раствора соли на поверхности кристаллов соли. Хотя подобная картина, по-видимому, является правильной для простых солей, таких, как галогеииды щелочных металлов, в случае солей металлов переменной валентности картина может быть другой. Так, например, безводный СгС1з очень медленно растворяется в воде, при этом скорость реакции не зависит от перемешивания. Было обнаружено, что небольшое количество Сг " в растворе оказывает огромное влияние на скорость реакции. Вероятно, в этом случае осуществляется перенос заряда между частицами Сг - в растворе и Сг в твердой фазе. Эти системы, по-видимому, заслуживают дальнейшего изучения. [c.557]

Хельшер исходил из предположения, что поверхность катализатора в неподвижном слое не распределена равномерно. Он принял, что на наружной поверхности зерна должен существовать слой, находящийся в состоянии покоя сквозь этот слой осуществляется молекулярная диффузия. Величина потока массы определяется, таким образом, толщиной слоя и разностью концентраций на его границах. Количество вещества, перенесенного посредством диффузии, должно быть равно количеству прореагировав-щего вещества. Таким образом, эффективная скорость реакции обратно пропорциональна толщине пограничного слоя, которая может изменяться от нуля до некоторой максимальной величины. Хельщер пользуется безразмерной толщиной слоя [c.91]

Если гомогенная реакция идет медленно, то она занимает некоторую конечную толщину пограничного слоя и идет параллельно с диффузией. Условия в слое очень сложные. Этот случай разработали для абсорбции Ван Кревелен и Гофтийзер [109, 110] и дали диаграммы, облегчающие определение скорости диффузии. Ими можно пользоваться также и для экстракции, учитывая гидродинамические свойства системы жидкость—жидкость. [c.70]

При больших скоростях движения практически весь перепад скорости сосредоточен в тонком гидродинамическом пограничном слое толщиной б 01 а перепад концентрации — в диффузионном пограничном слое толщиной б. Величина б будет различной на разных участках поверхности, являющейся неравнодоступной в диффузионном отношении. То же относится и к толщине гидродинамического пограничного слоя бо- Отношение бо/б тем выше, чем больше отношение кинематической вязкости вещества v к коэффициенту молекулярной диффузии В жидкостях, где v/Z) > 1, диффузионный пограничный слой гораздо тоньше гидродинамического. В этом случае при решении уравнения (III.13) можно воспользоваться достаточно простыми выражениями для скорости потока вблизи твердой поверхности, что позволяет найти аналитическое решение уравнения (III.13) при протекании быстрой гетерогенной реакции или реакции первого порядка на поверхности частиц простой геометрической формы (пластина или шар) [12, 13]. В газах толщины диффузионного и гидродинамического пограничных слоев — величины одного порядка и [c.103]

Заметим, что i = D Jb и Z) = о/),- (где —коэффициент молекулярной диффузии г-го вещества, б — толщина диффузионного пограничного слоя и а — коэффициент, зависящий от структуры пористого катализатора). Величины б и а можно с достатотаой степенью точности считать одинаковыми для всех веществ, участвующих в. реакции. Аналогично вьппёизложенному (см. раздел II 1.4), система уравнений (III.100) может быть сведена к единственному уравнению для концентрации одного из реагирующих веществ, которое принимают за ключевое. Введем с этой целью вспомогательную величину [c.131]

Количественное исследование влияния этих параметров требует детального знания механизма собственно массопередачи, без химической реакции. При движении жидкости вдоль твердых поверхностей в дисперсной системе рассматривают главным образом стационарную диффузию через образовавшийся пограничный слой. Модель нестационарной диффузии, соответству-юш ая случаю потока по подвижной (мобильной) поверхности, удовлетворяет уравнениям пенетрационной теории. В ограниченных застойных зонах массопередача также происходит путем нестационарной диффузии. Окончательный коэффициент массопередачи р выражается безразмерным числом Шервуда ЗЬ, а порядок его величин для некоторых слзгчаев приводился выше (стр. 154). [c.162]

Газовая смесь течет по каналам между гранулами катализатора. При этом происходит тепло- и массоперенос между частицами и потоком. В ядре потока массо- и теплообмен осуществляются, главным образом, за счет конвекции, так как поток обычно турбулентный.Вблизи поверхности имеется ламинарный пограничный слой, скорость газа в котором падает до нуля у поверхности гранулы. Транспорт реагентов и продуктов реакции через него в направлении, нохмальном к поверхности, осуществляется путем молекулярной диффузии, а тепла -теплопроводностью. Перенос тепла может происходить также посредством теплопроводности от частицу к частице через поверхность контакта и излучением меаду частшщми. [c.60]

Для очень быстрых каталитических реакций в кипящих слоях реагент может практически весь прореагировать, не успевая глубоко проникнуть из пузыря в суспензионную фазу. В этом случае Вертер [226] предлагает применить для расчета и масштабирования еще более сложную модель, базирующуюся на аналогии с реакциями в барботажном слое. Из суспензионной фазы мысленно выделяется пограничный слой толщиной Ь =Dr/ , где Dp — молекулярный коэффициент диффузии реагента в газе-носителе, [c.185]

Уравнение (XXV. 20) позполлет вычислить коэффициент диффузии разряжающихся частиц в пограничном слое с хорошей воспроизводимостью (1—2%). Если коэффициент диффузии определен каким-либо другим способом, то по этому же уравнению можно найти число электронов, переносимых в электрохимической реакции, что важно для установления ее механизма. [c.304]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология