ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Система газ (жидкость)—твердое (не полностью реагирующее) из "Общая химическая технология" Схема процесса проиллюстрирована на рис. 4.18. Твердую частицу радиусом Rq обтекает поток газа, содержащий реагент с концентрацией q. Частицу окружает пофаничный слой Пс, через который осуществляется массообмен между поверхностью частицы и ядром потока. Реакция начинается на поверхности твердого компонента и фронтально продвигается вглубь. В какой-то момент процесса частица будет состоять из ядра радиусом содержащего не прореагировавшее вещество B,j и наружного слоя продукта или/и не реагирующих, инертных для протекающей реакции компонентов. Реакция протекает на поверхности ядра, в результате чего оно уменьшается, но размер частицы (Лд) сохраняется. Такой гетерогенный процесс называют сжимающееся ядро . [c.117] Структура процесса включает следующие стадии (этапы). [c.117] Распределение концентрации А показано в нижней части рис. 4.18. [c.118] Математическая модель этого процесса строится по аналогии с выше рассмотренной. [c.118] Граничные условия определены концентрациями на внешней и внутренней поверхностях инертного слоя при г = С = при -= -я с=с,. [c.118] Анализ гетерогенного процесса сжимающееся ядро проведем для различных режимов процесса, определяемых лимитирующими стадиями. [c.120] Внешнедиффузионный режим. Лимитирующая стадия — перенос компонента через внешний пограничный слой газа, окружающий частицу Этот этап характеризуется максимальной движущей силой, те. [c.120] Соответствующие зависимости представлены линиями с индексом 1 на рис. 4.20. Исходя из уравнения (4.39), наблюдаемая скорость процесса зависит только от условий массообмена и не меняется ни в течение превращения твердого компонента (прямая 1 на рис. 4.20, г), ни во времени, т.к. размер частицы R и условия массообмена (Р ) в течение процесса постоянны (прямая 1 на рис. 4.20, в). А если = = onst, то Xg увеличивается линейно (прямая 1 на рис. 4.21, б). Соответственно, в начале процесса, протекающего вблизи поверхности частицы, когда ядро претерпевает относительно небольшое изменение, размер ядра меняется медленно. Затем, по мере уменьшения его размера, меняется быстрее (кривая 1 на рис. 4.20, а). [c.121] Внутридиффузионный режим. В этом случае лимитирующей стадией становится диффузионный перенос внутри частицы через слой инертного вещества. Максимальная движушая сила этой стадии осуществляется при значениях концентрации, отвечающих условиям q = С , Сд С , и можно принять С - J = q. Соответствующее распределение концентрации отражено кривой 2 на рис. 4.19. [c.121] Подставим в выражение (4.35) определенное для значение б в уравнении (4.32) при условии (С - С ) = С . [c.122] В построенных зависимостях есть одна тонкость в самом начале процесса, когда р = 1 или х = О, наблюдаемая скорость превращения стремится к бесконечности. Это можно объяснить малой толщиной слоя инертной прослойки, что делает предположение лимитирования процесса массопереносом через него мало обоснованным, и модель внутридиффузионного режима [см. уравнение (4.41)] становится не применима. Следовательно, полученный результат при Хр О - это свойство уравнений, а не процесса, поскольку эти уравнения перестают быть моделью последнего. [c.123] Соответствующие данному расчету графические зависимости представлены кривыми 3 на рис. 4.20. Поясним их. Скорость реакции, отнесенная к единице поверхности, не меняется, т.к. реакция протекает при постоянной концентрации Сд, и размер ядра уменьшается равномерно (рис. 4.20, а). Из-за этого уменьшается и наблюдаемая скорость превращения для частицы (рис. 4.20, в), которая соответственно зависит от превращения частицы (рис. 4.20, г), рост которой вначале увеличивается быстро, а затем замедляется (рис. 4.20, б). [c.124] Каждое из слагаемых в скобках отвечает за соответствующий этап процесса. Наблюдаемая константа скорости зависит от параметров стадий процесса (к, В, (3) и размера частицы (Лд). Условия процесса — температура Т и скорость обтекающего потока и — сказываются на значениях этих параметров. [c.124] От температуры зависят значения константы скорости реакции к и коэффициента массообмена (З (в определение (З3 входит зависящий от температуры коэффициент диффузии В вещества А в реакционной смеси). Но влияние Г на / значительно сильнее, чем на (З3. Действительно, температурная зависимость константы скорости реакции носит экспоненциальный вид, и повышение температуры на 10 градусов приводит к увеличению к в 2—4 раза. Зависимость коэффициента диффузии от температуры степенная В и увеличение температуры на 10 фадусов, например, с 500 К до 510 К, приводит к росту В на -3%. Поэтому можно принять, что температура влияет на константу скорости реакции к, но В и, следовательно, (З3 не зависят от температуры. Коэффициент массообмена (З3 зависит только от скорости потока и. [c.124] Дробление частиц (уменьшение Лд) всегда благоприятно сказывается на интенсивности процесса, но особенно сильно это влияние заметно во внутридиффузионной области, в которой зависимость от Лд квадратична [уравнение (4.40)]. В этом режиме практически нет других способов влияния на процесс, ибо коэффициент диффузии рассматриваемой системы В — индивидуальный параметр образующегося инертного материала. [c.124] Вернуться к основной статье