Аррениуса диффузии в потоке

При протекании процесса горения во внутренней диффузионной области концентрация газообразного реагента (кислорода при горении углерода, горючей смеси при горен ии на катализаторе) на внешней поверхности твердого вещества примерно равна концентрации в окружающем объеме (в потоке), причем на внутренних поверхностях она постепенно сходит на-нет. Глубина проникновения процесса внутрь пористой массы будет определяться скоростью диффузии через поры или, вернее, отношением скоростей внутренней диффузии и химической реакции на поверхности пор. Суммарная реагирующая поверхность в этом случае становится переменной величиной. Так как учет этой поверхности оказывается весьма трудно осуществимым, то обычно принимают протекание процесса за чисто поверхностное, приписывая суммарный получаемый эффект воздействию чисто кинетических факторов. При такой трактовке процесса применение закона Аррениуса должно привести к кажущимся значениям энергии активации. [c.77]

Очень часто химический процесс изучается в недостаточно определенных гидродинамических и геометрических условиях, например, при перемешивании мешалкой или продувании газовой струи через слой пористого материала, так что абсолютную скорость диффузии рассчитать нельзя. В таких случаях судят о том, находится ЛР1 процесс в диффузионной или кинетической области, по зависимости скорости его от различных параметров. Зависимость скорости реакции от скорости потока свидетельствует о том, что процесс находится в диффузионной области. Сильная зависимость от температуры, удовлетворяющая закону Аррениуса, говорит о кинетической области (если диффузия протекает в газовой фазе). [c.60]

При непрерывном экзотермическом процессе наблюдается тепловое равновесие между теплом, выделяющимся при химической реакции, и теплом, теряемым реактором за счет теплопереноса к окружающей среде. В случае непрерывной газофазной каталитической реакции на твердом катализаторе реакция происходит на новерхности катализатора и выделяющееся тепло теряется поверхностью зерен катализатора передается текущему через реактор потоку газа при применении неадиабатического реактора выделяющееся тепло реакции передается от газа стенкам реактора и далее окружающей среде. Скорость, с которой происходит выделение тенла в процессе химической реакции, зависит от ее кинетики. В дальнейшем мы будем считать, что уравнения скоростей реакций подчиняются закону Аррениуса. Если температура газа на входе в реактор пе слишком высока, то скорость химической реакции будет лимитировать общую скорость процесса, но с повышением температуры в конце концов эта скорость неизбежно будет лимитироваться скоростью диффузии газа к поверхности катализатора. Следовательно, при низких температурах скорость выделения тепла на иоверхности твер-дого тела будет с повышением температуры увеличиваться экспоненциально, тогда как при высоких температурах скорость тепловыделения будет зависеть от величины корня квадратного из температуры. В стационарных условиях скорость химической реакции уравновешивается скоростью диффузии. Из уравнения (61), приведенного в разд. 9.2.3, можно поэтому заключить, что кривая тепловыделения, выраженная как функция температуры. [c.427]

Суммарная скорость процесса, как известно, определяется наиболее медленной его стадией. Как показали исследования кинетики горения пирита, при низких температурах скорость химической реакции меньше скорости диффузии. При этом скорость подвода молекул кислорода из газового потока к молекулам пирита на границе раздела фаз не тормозит процесса окисления. Концентрации кислорода у поверхности твердых частиц и в газовом потоке равны. Общая скорость процесса со не зависит от скорости газового потока и возрастает с температурой по закону Аррениуса [c.57]

Так как в химико-технологическом процессе всегда участвует несколько веществ (два минимум), то уравнение (У.16) соответственно усложняется, поскольку появляется несколько коэффициентов диффузии, плотностей и т. п. Поэтому аналитический расчет коэффициента массопередачи практически невозможен и для его определения в каждом конкретном случае нужна постановка специального эксперимента. Сложная зависимость ( .16) может быть упрощена исключением ряда переменных, если известно, в какой области идет процесс — диффузионной, кинетической или переходной. Лимитирующую стадию можно определить, изучая влияние параметров технологического режима на общую скорость процесса и. Если и возрастает с повышением температуры в соответствии с законом Аррениуса (рис. 46) и температурный коэффициент > 1,5, то, как прав 1ло, лимитирующая стадия — химическая реакция, и процесс идет в кинетической области. Если же и растет с увеличением скоростей потоков реагирующих фаз, то лимитирующая стадия — это массообмен между фазами, и процесс идет во внешнедиффузионной области. На рис. 46 показано влияние температуры и скорости газового потока на кинетику процесса в системе Т—Г для обжига, горения, газификации. Из рис. 46 видно, что в области низких температур скорость процесса резко повышается с ростом температуры, так как определяющей стадией служит химическая реакция. В области высоких температур скорость химических реакций настолько возрастает, что процесс переходит в диффузионную область и общую скорость процесса лимитирует степень турбулизации газового потока (пропорциональная скорости газа гш ). Такой вид кривых зависимости скорости процесса или выхода продукта от температуры и скоростей реагирующих фаз (или от степени их перемешивания) характерен и для других гетерогенных систем. [c.109]

ГЖХ оказалась полезной для проведения различного рода физико-химических исследований, в частности, для оценки равновесных коэффициентов распределения летучих растворенных веществ между жидкой (неподвижной) и газовой (подвижной) фазами, для измерения соответствующих термодинамических характеристик растворов, различных коэффициентов массопере-дачи (коэффициентов диффузии и межфазных потоков), а также для анализа кинетических характеристик реакций на колонках (константы скоростей и параметры Аррениуса) и различных характеристик молекулярных свойств давления паров растворенного вещества, температуры кипения, теплоты испарения. Кроме того, в последующие годы ГЖХ широко применяется для исследования свойств полимеров по методике, вошедшей в практику под, может быть, не совсем точным названием обращен-но-фазовая газовая хроматография [5]. [c.504]

Переход от области, где лимитирующей является собственно химическая реакция, к диффузионной области, определяемой по изменению наклона кривой на графике Аррениуса, был отмечен во многих работах. Так, при окислении пиролитического графита на воздухе в статических условиях такой переход происходит при 840° [30]. Для системы спектрально чистый графит — кислород при тех же условиях обнаружена переходная область около 700° [31]. Однако при интенсивных потоках газа и малых размерах частиц эту область можно наблюдать при температурах 1400° и выше [19]. В реакции алмаз — кислород [29] наблюдается максимум на кривой Аррениуса при 1000—1050°, а при более высоких температурах происходит заметное уменьшение скорости. Наличие максимума объясняли уменьшением реакционной способности поверхности углерода при этих температурах и увеличением толщины диффузионного слоя, снижающим скорость реакции, Влайкели [32] сопоставил экспериментальные данные, полученные в широком интервале температур, и показал, что диффузия играет основную роль пои 1500° и почти не зависит от типа угля и газа-окислителя. Напротив, при температурах ниже 1100° истинная скорость химической реакции зависит от природы реагентов. [c.216]

Существует еще ряд доводов, подтверждающих предположение того, что отклонение от линейности зависимости Аррениуса [ink—1/Г) не обязательно связывать с влиянием диффузионного замедления. Для систем, в которых скорость потока реагирующего газа (паров воды или двуокиси углерода) поддерживается постоянной, Эрган [37] показал, что введение инертного газа (гелия или азота) не влияет на константу скорости реакции вопреки эффекту, ожидаемому в случае определяющей роли диффузионных процессов. Кроме того, Эрган рассчитал, что скорость диффузии в этом случае в несколько сот и даже тысяч раз больше скорости газификации кокса парами воды при 1200°. Тем самым было показано, что в указанных условиях [c.217]