Теоретические основы технологических процессов охраны окружающей среды. Бочкарев В.В. - 125 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

125
4.2.3. Внешнедиффузионная и переходные с ней области
В реальных условиях проведения гетерогенно-каталитического
процесса самой медленной стадией, определяющей общую скорость,
может оказаться стадия переноса вещества из потока к внешней поверх-
ности зерна катализатора (или переноса продуктов от него в поток). Ки-
нетика процесса в таком случае будет определяться не столько скоро-
стью химической реакции, сколько массопередачей. Последняя, как из-
вестно, описывается в стационарных условиях потока уравнением:
r
D
=β·(C–C
п
), (4.26)
где β=D/δ – коэффициент массопередачи; δ – толщина пограничного
диффузионного слоя; D – коэффициент диффузии; С и C
п
– концентра-
ции в потоке и у поверхности твердого тела.
При совместном влиянии внешней диффузии и химической кине-
тики общее уравнение скорости может быть получено исходя из непре-
рывности потока в стационарных условиях: на поверхности катализато-
ра может прореагировать только то количество вещества, которое будет
к ней подведено в результате массопередачи из потока, т. е. r
D
=r
х.р.
. Для
реакции первого порядка А→В в области небольших заполнений по-
верхности (область Генри) будем иметь
β (C–C
п
)=k·C
п
, (4.27)
откуда вычисляем экспериментально не определимую приповерхност-
ную концентрацию:
C
п
=β·C/(β+k).
Подставляя ее в уравнение скорости химической реакции, получим:
набл.
1
1/ 1/
S
k
r C C k C
k k
, (4.28)
где наблюдаемая константа скорости равна обратной величине суммы
химического и диффузионного сопротивлений:
1/k
набл.
=1/k+1/β. (4.29)
Отсюда следует два частных случая.
1. β>>k, что ведет к k
набл.
= k и r = k·C. Таким образом, скорость
процесса определяется скоростью химической реакции на поверхности
катализатора. Процесс идет во внешнекинетической области, законо-
мерности которой рассмотрены выше. Для нее C
п
= β·С / (β+k)=С.
2. k>>β, что дает k
набл.
=β и r
S
=β·C. Процесс идет во внешнедиффу-
зионной области. Общая скорость процесса определяется массопереда-
чей реагента из потока к внешней поверхности катализатора. Для внеш-
недиффузионной области справедливо С
п
= β·С /(β+k) = 0.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Страницы