ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
37
мическим реакциям выводов теории диффузионной кинетики стационарных ге-
терогенных реакций .
Для такого переноса необходимо выполнение условия : текущее поле кон -
центраций (и температуры ) не должно отличаться от поля концентраций при
стационарном проведении реакции с той же наблюдаемой скоростью. Это усло-
вие можно сформулировать в виде требования : скорость установления квази-
стационарных концентраций реагентов во всех точках пространства, где проис-
ходят процессы диффузии, адсорбции, реакции и так далее должна быть намно-
го больше скорости суммарного процесса, что соответствует условиям приме-
нимости стационарного приближения . Для нестационарной системы последо-
вательных реакций необходимым условием применения стационарного при-
ближения является наличие стадии, скорость которой намного меньше скоро -
сти остальных стадий .
Различные макрокинетические области протекания реализуются тогда, ко-
гда константы скоростей соответствующих стадий существенно меньше кон -
станты скорости химической реакции. Суммарный процесс при этом будет ква-
зистационарным и можно применять стационарные решения .
Таким образом , для топохимических реакций возможны шесть предельных
макрокинетических областей при стационарном режиме:
1) внешнедиффузионная ; 2) адсорбционная ; 3) область растворения (газо-
образного реагента в твердом продукте); 4) диффузия (процесс диффузии в
твердом теле); 5) реакционная ; 6) внешнекинетическая .
При наличии внутридиффузионного торможения квазистационарный ре-
жим не устанавливается ; рассмотрение в стационарном приближении можно
вести в области максимума скорости реакции. Диффузионная и внешнекинети-
ческая область специфичны для реакций с участием твердых веществ . Специ-
фично и отсутствие стационарной внутридиффузионной области. Особенно-
стью является также изменение соотношений между скоростями различных
стадий по мере протекания реакции и, соответственно, возможность перехода
из одной макрокинетической области в другую .
Тепловой режим реакции
При протекании реакции происходит разогрев или охлаждение реакцион -
ной зоны и устанавливается поток тепла между реакционной зоной и окру-
жающим пространством . Выделяемое тепло по крайней мере частично будет
уноситься газовым потоком . Поскольку процессы переноса вещества и тепла
подобны , используем формулу для
C
∆
в ядре турбулентного потока газа и у
поверхности зерна (Боресков):
0
0,7
2,32
RePr
r
Wd
C
DS
∆= , где d
0
– приведенный диаметр
зерна, равный учетверенному отношению объема зерна к поверхности; Re и Pr
– критерии Рейнольдса и Прандтля соответственно.
Тогда для разности температур поверхности, на которой протекает реак -
ция , и ядра газового потока, можно записать :
37
м ическим реакциям вы водов теории диф ф узионной кинетики стационарны х ге-
терогенны х реакций.
Д л я такого переноса необходим о вы пол нение усл овия: текущ ее пол е кон-
центраций (и тем пературы ) не дол ж но отл ичать ся от пол я концентраций при
стационарном проведении реакции стой ж енабл ю даем ой скорость ю . Э то усл о-
вие м ож но сф орм ул ировать в виде требования: скорость установл ения квази-
стационарны х концентраций реагентов во всех точках пространства, где проис-
ходят процессы диф ф узии, адсорбции, реакции и так дал еедол ж набы ть нам но-
го бол ь ше скорости сум м арного процесса, что соответствует усл овиям прим е-
ним ости стационарного прибл иж ения. Д л я нестационарной систем ы посл едо-
вател ь ны х реакций необходим ы м усл овием прим енения стационарного при-
бл иж ения явл яется нал ичие стадии, скорость которой нам ного м ень ше скоро-
сти остал ь ны х стадий.
Разл ичны е м акрокинетические обл асти протекания реал изую тся тогда, ко-
гда константы скоростей соответствую щ их стадий сущ ественно м ень ше кон-
станты скорости хим ической реакции. С ум м арны й процесспри этом будет ква-
зистационарны м и м ож но прим енять стационарны ерешения.
Т аким образом , дл я топохим ических реакций возм ож ны шесть предел ь ны х
м акрокинетических обл астей при стационарном реж им е:
1) внешнедиф ф узионная; 2) адсорбционная; 3) обл асть растворения (газо-
образного реагента в твердом продукте); 4) диф ф узия (процесс диф ф узии в
твердом тел е); 5) реакционная; 6) внешнекинетическая.
П ри нал ичии внутридиф ф узионного торм ож ения квазистационарны й ре-
ж им не устанавл ивается; рассм отрение в стационарном прибл иж ении м ож но
вести в обл асти м аксим ум а скорости реакции. Д иф ф узионная и внешнекинети-
ческая обл асть специф ичны дл я реакций с участием тверды х вещ еств. С пеци-
ф ично и отсутствие стационарной внутридиф ф узионной обл асти. О собенно-
сть ю явл яется такж е изм енение соотношений м еж ду скоростям и разл ичны х
стадий по м ере протекания реакции и, соответственно, возм ож ность перехода
из одной м акрокинетической обл асти в другую .
Тепло во й реж и м реа кци и
П ри протекании реакции происходит разогрев ил и охл аж дение реакцион-
ной зоны и устанавл ивается поток тепл а м еж ду реакционной зоной и окру-
ж аю щ им пространством . В ы дел яем ое тепл о по крайней м ере частично будет
уносить ся газовы м потоком . П оскол ь ку процессы переноса вещ ества и тепл а
подобны , испол ь зуем ф орм ул удл я ∆C в ядре турбул ентного потока газа и у
2,32Wd 0
поверхности зерна(Боресков): ∆C = , гдеd0 – приведенны й диам етр
DS r Re0,7 Pr
зерна, равны й учетверенном уотношению объем а зернак поверхности; Re и Pr
– критерии Рейнол ь дсаи П рандтл я соответственно.
Т огда дл я разности тем ператур поверхности, на которой протекает реак-
ция, и ядрагазового потока, м ож но записать :
