ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Диффузионное торможение в реакциях газа с твердым телом из "Химическая кинетика и катализ 1985" Представим себе, что реакция газа с твердым телом протекает в системе, аналогичной гетерогенной катализу, т. е. в проточно по газу реакторе, в котором твердый реагент находится в вид слоя пористых зерен. Мы имеем тогда внешнюю (диффузия из ядра газового потока к внешней поверхности зерна) и внутренюк (диффузия в порах твердого реагента) задачи. [c.301] Анализ показывает, что в рамках внешней задачи в случае ю/с ) процесс становится квазистационарным при любом соотношении скоростей химических стадий. Это значит, что для реакции газа с твердым телом существует внешнедиффузионная об ласть, закономерности реакции в которой аналогичны закономер-1 остям в аналогичной системе гетерогенного катализа, т. е. на блюдаемая кинетика реакции описывается уравнением (6) и т.д. [c.301] Единственное различие заключается в том, что приведенное неравенство может быть реализовано в течение ограниченного периода времени, когда скорость реакции близка к максимальной. Если вернуться к рис. 62 предыдущих глав, то из вида кинетических кривых реакции газа с твердым телом ясно, что ни в начале реакции, ни в ее конце, когда скорости малы, диффузионное торможение не будет влиять на кинетику реакции. В максимуме скорости реакции н в его окрестности внешнедиффузионное торможение становится возможным. [c.302] Общий вид кинетической кривой реакции газа с твердым телом, протекающей в окрестности максимума скорости во внешнедиффузионной области, представлен на рнс. 74. Плоская вершина отвечает уравнению (6). На основе проведенных рассуждений можно заключить, что для реакции, кинетика которой представлена на кривых рис. 62, внешнедиффузионное торможение не наблюдается потому, что максимумы на кривых явно выражены и ничего похожего на стационарный участок [описываемый уравнением (6)] кривые не содержат. [c.302] Рассмотрим теперь качественно ситуацию для внутренней задачи. Для нее соответствующая теорема о квазистационарности не может быть доказана. Напомним, что в типичном случае реакция протекает с ускорением, обусловленным образованием и ростом ядер фазы твердого продукта. Посмотрим, как будут влиять друг на друга этот процесс и внутридиффузионное торможение. [c.302] Таким образом, внутридиффузконное торможение в реакции газа с твердым телом должно приводить к образованию фронта реакции в устьях пор, постепенно передвигающегося от внешней поверхности к центру зерен. Поскольку условия снабжения фронта газообразным реагентом изменяются относительно медленно из-за его постепенного удаления от внешней поверхности и соответствующего увеличения длины пути диффузии, вид кинетической кривой для реакции, тормозящейся внутренней диффузией, будет близок к виду кривой рис. 74, с той разницей, что вместо плоского плато в окрестности максимума будет медленно спадающая кривая. [c.303] Рассмотренные задачи аналогичны задачам гетерогенного катализа. Кроме них в реакциях газа с твердым телом появляется новая диффузионная стадия, начинающая играть заметную роль после образования сплошного слоя твврдого продукта. Эта стадия— диффузия газообразного реагента (или газообразного продукта реакции) через слой твердого продукта. Если она является медленной стадией, реакция протекает в диффузионной области. [c.303] На опыте предыдущих задач мы можем сразу заключить, что диффузия газа через слой твердого продукта должна рассматриваться в терминах внешней задачи, и если эта диффузия окажется медленной стадией, процесс в целом будет протекать квазистационарно. Однако уравнение (6) при этом не применимо, поскольку толщина Е слоя твердого продукта возрастает во времени. Выведем уравнение кинетики реакции, протекающей в диффузионной области, когда концентрация газообразного реагента в конце слоя твердого продукта близка к нулю. [c.303] Таким образом, при реакциях газа с твердым телом следует различать три типа диффузионных стадий, протекание которых может отражаться на наблюдаемой кинетике реакции. Это — диффузия газообразного реагента к внешней поверхности зерен твердого реагента, диффузия газообразного реагента в порах твердого и, наконец, диффузия газообразного реагента через слой твердого продукта. Первая и последняя из них, будучи медленными, обусловливают квазистационарность суммарного процесса (соответственно могут быть реализованы макрокинетические области — внешнедиффузионная и диффузионная, когда лимитирует диффузия газа через слой твердого продукта). Падение концентрации реагирующего газа в порах твердого реагента приводит к формированию узкого фронта реакции, постепенно продвигающегося вдоль пор от внешней поверхности к центру зерна. [c.304] Мы не будем останавливаться здесь еще на одном типе задач, связанных с диффузионным обменом между поверхностью и объемом твердого реагента, поскольку такие задачи рассматривались в гл. УП1, 13. [c.304] Вернуться к основной статье