Кинетика гетерогенных реакций. Миттова И.Я - 33 стр.

                                         33
которое при прочих равны х усл овиях определ яется видом кинетического урав-
нения реакции. Д л я реакции первого порядка [ f (c′) = c′ ] им еем :
        β               kβ
c′ =        c и Wуд =       c . Е сл и k ! β , то вел ичиной k в знам енател е м ож но
     β +k              k+β
пренебречь , и м ы пол учим обы чное уравнение первого порядка. О бл асть , в ко-
торой справедл иво данноенеравенство, назы ваю т реакционной обл асть ю . В ре-
акционной обл асти скорость диф ф узии нам ного бол ь шескорости реакции и па-
дением концентрации уповерхности м ож но пренебречь .
      Е сл и k ! β , скорость диф ф узии нам ного м ень шескорости хим ической ре-
акции, то концентрация газообразного реагента увнешней поверхности бл изка
к нул ю и вы раж ениедл я Wуд обращ ается в Wуд = β c , т.е. скорость процессарав-
на скорости диф ф узии. С оответствую щ ая обл асть протекания реакции назы ва-
ется внешнедиф ф узионной. К огда константы скорости соизм ерим ы , реакция
протекает в переходной обл асти. Э ксперим ентал ь но внешнедиф ф узионное
торм ож ение определ яю т по зависим ости скорости реакции от л инейной скоро-
сти газообразного потока. Н а протекание реакции во внешнедиф ф узионной об-
л асти указы ваю т низкие значения Э Э А (~1 ккал /м ол ь ), т.к. константа скорости
диф ф узии очень сл або зависит от тем пературы . Н абл ю даем ы е законом ерности
реакции, протекаю щ ей во внешнедиф ф узионной обл асти, не связаны с м еха-
низм ом и кинетическим и парам етрам и собственно хим ической реакции. П о-
этом у дл я их установл ения надо обеспечить переход реакции в реакционной
обл асть , сниж ая тем пературуил и увел ичивая л инейную скорость газового по-
тока, атакж еум ень шая разм еры зерен твердого м атерил а.
     В нутридиф ф узионноеторм ож ение
     В л ияниепроцессов переносавещ ествавнутри зерен твердого м атериал а (в
порах) накинетикухим ических реакций (внутренняя задача) иссл едовал и гл ав-
ны м образом прим енител ь но к реакциям гетерогенногокатал иза.
     Будем рассм атривать диф ф узию в поры бесконечной пл астины (пл оскую
задачу), сопровож даю щ ую ся хим ической реакцией. Модел ь ная пора направл е-
на вдол ь градиента концентрации (от внешней поверхности к центру зерна),
им еет цил индрическую ф орм у (дл я сф ерических зерен – коническую ). П оры
сообщ аю тся м еж дусобой и пористая структураоднороднаи непреры вна.
        Рассм отрим бесконечно м ал ы й эл ем ент поры дл иной dx. П рирост кол иче-
ства реагирую щ его вещ ества (dυ) в этом эл ем енте за счет диф ф узии (разность
м еж дудиф ф узионны м и потокам и в эл ем ент поры и из него) составит
                                                       д 2c
                                       − dυ = π r 2 D 2 dl ,                     (128)
                                                       дl
гдеπr2 – сечением одел ь ной поры , 2πrdl– поверхность стенок.
     С корость хим ической реакции в эл ем ентепоры вы разится уравнением
                                dω = kf ( c ) dS = kf ( c ) 2π rdl .             (129)
     В стационарном прибл иж ении dυ = dω . Т огдаим еем уравнение
                                       d 2 c 2k
                                            =       f (c) ,                      (130)
                                       dl 2 rD