Поверхностно-химическая реакция

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 8Следующая ⇒

Основной завершающей стадией гетерогенного химического процесса являются поверхностные реакции. В результате этой реакции происходят все изменения, которые составляют природу гетерогенного процесса. Если химическая реакция необратима, то концентрация газообразного реагента на поверхности ядра падает от с₁ до 0, т.е. до его полного расходования.

w_хр = к с₁ⁿ

где к – константа скорости поверхностной химической реакции

n – порядок реакции

Лимитирующая стадия определяет скорость гетерогенного процесса в целом.

Расчёт реакторов для проведения гетерогенных процессов в системе газ - твёрдое вещество удобно вести, если известна лимитирующая стадия процесса, т.к. в этом случае зависимость между временем пребывания частицы в реакторе и степенью превращения твердого вещества реагента выражается уравнением

t = t_п х_в (1)

t = t_п [1-3(1-х_в)^2/3 + 2(1-х_в)] (2)

t = t_п [1-(1-х_в)^1/3] (3)

(1) – лимитирующая стадия – внешняя диффузия

(2) - лимитирующая стадия – внутренняя диффузия

(3) - лимитирующая стадия – уравнение химической реакции

t_п – время пребывания твёрдой частицы в реакторе

х_в – степень превращения вещества

Если известна лимитирующая стадия, то можно определить, как управлять этим процессом

1 Методы, основанные на изучении влияния изменения параметров гетерогенного процесса на его скорость

Лимитирующую стадию можно определить, изучая изменение скорости гетерогенного процесса в зависимости от температуры, линейной скорости газовых потоков, степени измельчения

u₃ > u₂ > u₁

Зависимость изменения скорости гетерогенного процесса

I – кинетическая область

II – переходная область

III – диффузионная область

Если гетерогенный процесс в некоторым диапазоне изменения параметров проведения процесса лимитируется ХР, то скорость определяется в основном константой скорости. Константа скорости экспоненциально увеличивается с увеличением температуры.

А коэффициент массопередачи зависит от температуры слабо

b ~ Т^1/2

Если при постоянстве линейной скорости потока и размера частиц с увеличением температуры наблюдается резкий подъём скорости процесса, то он протекает в кинетической области.

Кинетическая область характерна для сравнительно низких температур

I – участок сильной зависимости от температуры – процесс лимитируется химической реакцией

III – участок очень слабой зависимости от температуры – лимитируется либо внешней диффузией либо внутренней диффузией

II – переходный участок между кинетической и диффузионной областями, характеризуется соизмеримым сопр-ем со стороны всех стадий

Скорость внешней диффузии очень сильно зависит от гидродинамической обстановки процесса.

Увеличение линейной скорости газового потока относительно твёрдых частиц при неизменных диаметре частиц и температуре приведет к резкому увеличению скорости процесса

2 методы, основанные на сравнении экспериментальных и теоретических зависимостей.

Эта группа методов основана на сравнении экспериментально полученной кинетической зависимости степени превращения твёрдого реагента от времени пребывания в реакторе х_в(t).

1) - внешняя диффузия

2) - в кинетической области

3) - внутренняя диффузия

Метод обработан при составлении экспериментальной зависимости от опытных, состоит в том, что на основе опытных данных о величинах степени превращения в разные моменты времени рассчитывают время полного превращения твёрдой частицы.

Если лимитирующая стадия , то обработка экспериментальных данных по одному из вышеуказанных методов должна показать, что t₃ остается постоянной в любое время протекания процесса

Зависимость доли прореагировавшего твёрдого реагента от времени пребывания частицы в реакторе

1- лимитирующая стадия – внешняя диффузия

2- лимитирующая стадия – химическая реакция

3- лимитирующая стадия – внутренняя диффузия

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 637; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!