гетерогенні процеси

Рідина - рідина (якщо не змішуються)

Газофазних процеси, за участю твердих каталізаторів.

Відмітна особливість - наявність поверхні розділу фаз, яка повинна бути постійною, а може змінюватися в часі.

При протіканні гетерогенного процесу поряд з чисто хімічними стадіями, існують і дифузні стадії, в зв'язку з цим для управління гетерогенним процесом важлива ідентифікація лімітуючої стадії.

У загальному випадку, для ідентифікації лімітуючої стадії досліджують залежність швидкості від температури. На цій залежності можна виділити три області.

1. Швидкість процесу збільшується зі збільшенням температури. Тут виконується закон Арреніуса. Ця кін ?? етіческого область протікання процесу, ᴛ.ᴇ. керують мікрокін ?? етіческого параметри.

2. Швидкість процесу практично не залежить від температури. Це диффузионная швидкість. Через малу енергії активації зміна температури не призводить до зміни коефіцієнта дифузії. Швидкість змінюється несуттєво, макрокін ?? етіческого, пов'язані зі швидкістю подачі реагента͵ ступенем перетворення, ступенем диспергування реагентів в ній підкоряються першим законом Фіккі.

Керуючі параметри - концентрація реагента͵ але відмітна ознака - перший порядок реакції по компоненту, незалежно від порядку реакції (молекулярної).

2. Перехідна область. Швидкість процесу збільшується, зі збільшенням температури, але закон Арреніуса не дотримується. в цій області керують і макро і мікрокін ?? етіческого параметри, за інтенсивністю з впливу на процес менше, ніж у відповідній області протікання. З точки зору промисловості, реалізація цієї області найменш перспективна, але слід враховувати, що по ходу гетерогенного процесу, він може переходити з однієї області в іншу, в зв'язку з цим для запобігання переходу, зміна одного з мікрокін ?? етіческого параметра, супроводжується зміною макрокін ?? етіческого параметра. Щоб процес не пішов з кін ?? етіческого області, зі збільшенням температури збільшують лин ?? ейную швидкість подачі реагентів.

Гетерогенний процес - це багатостадійний процес. Найбільш простим є в системі рідина-газ, які зазвичай протікають в три стадії:

1. область зовнішньої дифузії (підведення газу і рідини до поверхні розділу фаз, яка формується штучно).

2. хімічну взаємодію. Кін ?? етіческого область.

3. відведення продуктів від поверхні розділу фаз. в переважній більшості випадків процеси рідина - газ протікає у зовнішній дифузійної області, в зв'язку з цим при проектуванні обладнання вкрай важливо вирішувати проблему одночасного збільшення лин ?? єйної швидкості подачі реагентів і збільшення площі поверхні насадки.

Температура при проведенні абсорбції не є керуючим параметром, тому що при збільшенні температури розчинність газу в рідині падає і підвищувати температуру починають тільки в тому випадку, якщо загальна швидкість абсорбції лімітується хімічною реакцією.

Найбільшу складність для розгляду, складають процеси в системі газ - тверде. У Загальних випадку, процес можна уявити як сукупність 11 стадій.

1. дифузія газоподібного реагенту до поверхні твердої частинки (зовнішня дифузія).

2. дифузія газоподібного реагенту через шар продукту до поверхні розділу фаз (внутрішня дифузія).

3. адсорбція газоподібного реагенту на поверхні розділу фаз.

4. розчинення газоподібного реагенту до твердої не прореагував твердому речовині.

5. дифузія від твердої поверхні розділу фаз до потенційного центру освіти ядра нової фази.

6. хімічна реакція і далі в зворотній послідовності

ᴛ.ᴇ. вс ?? е стадії спостерігаються, якщо

Те, спостерігаються 6 стадій, починаючи від хімічної реакції до дифузії розділу фаз, ᴛ.ᴇ. в зворотну сторону.

Те, спостерігаються перші 6 стадій. Для опису кін ?? етики твердофазного взаємодії використовують три базових моделі освіти ядер нової фази.

1 модель. Освіта ядер нової фаз відбувається з однаковою ймовірністю на вс ?? їй зовнішньої поверхні твердої частинки при реалізації фізичних умов процесу. Така модель повинна бути застосована при розгляді процесів розкладання твердого матеріалу, їли температура процесу вище, ніж температура початку розкладання. В цьому випадку при реалізації фізичних умов вся поверхня твердої частинки покривається шаром продукту і подальше просування поверхні розділу фаз обумовлюється тільки дифузійними опорами. Обумовлені як і пористістю продукта͵ так і розміром твердої частинки.

2 модель. Освіта ядер нової фази на активних центрах з однаковою ймовірністю. В якості активних центрів розглядають дефекти кристалічної решітки твердого матеріалу і включення мікродомішок, які обов'язково присутні в будь-якому твердому матеріалі, відповідно до цієї моделі вважається, що активні центри рівномірно распредел ?? єни по вс ?? їй поверхні твердої частинки, при реалізації фізичних умов процесу, на поверхні утворюється фіксовану кількість ядер нової фази. В Надалі спостерігається зростання ядер, що в початковий період часу призводить до збільшення поверхні розділу фаз, а в подальшому і її зменшення. Математично ця модель описується рівнянням сжимающейся сфери.

х- ступінь перетворення твердого матеріалу.

К - константа швидкості, відповідно до рівняння Арреніуса.

- час обробки твердого матеріалу.

Модель сжимающейся сфери найбільш добре описує процеси розкладання твердого матеріалу і деякі процеси, пов'язані з приєднатися ?? еніем газоподібного реагенту.

3 модель. Модель експоненціального зростання числа ядер нової фази. Можна описувати будь-які процеси. Ця модель передбачає, що активні центри на поверхні енергетично неоднорідні і при реалізації фізичних умов процесу, ядра нової фази утворюються на активних центрах, що володіють найбільшою надлишкової енергією в початковий період часу, відповідно, залежність швидкості від часу обробки твердого матеріалу буде виглядати наступним чином.

Ділянка О-А: індукційний період. Він призначений для накопичення енергії в твердій речовині. Вважається, що протягом індукційного періоду протікають первинні перетворення, що призводять до виникнення перших ядер нової фази. Очевидно, що тривалість індукційного періоду залежить від температури.

Ділянка А-С: період прискорення. На цій ділянці протікають два паралельні процеси: утворення ядер нової фази і зростання вже утворилися. Розбитий на дві частини, щоб показати, що на початковому етапі (ділянка А-В) зростання пов'язане саме зі збільшенням кількості ядер нової фази, а на ділянці В-С - з ростом ядер.

Ділянка С-D. період максимальної швидкості. У точці максимуму припиняється утворення ядер нової фази.

Ділянка D-Е: період спаду. У точці D зростаючі ядра починають стикатися між собою: з плоских перетворюються в кулясті.

З точки Е процес переходить в дифузійну область. З цієї точки вся поверхня частинки покрита ядрами нової фази.

Ця модель описується рівнянням Єрофеєва:

n - постійна Єрофєєва. Її фізичний зміст пов'язаний з кількістю ядер нової фази, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ активує одне утворилося ядро. Ця величина визначається експериментально.

Читайте також

Розглянемо двосекційний реактор. Між секціями встановлений виносної теплообмінник. Обсяг першої секції розраховують так, щоб температура і склад реакційної суміші на виході з першої секції відповідали верхній межі області оптимальних температур. [Читати далі].

Вибір оптимальної концентрації. Вибір оптимального тиску. Приклади: Обмеження при виборі оптимального тиску: 1. При підвищенні тиску зростають енергозантати на стиск реагентів. (Намалювати графік) 2. Підвищення тиску призводить до збільшення. [Читати далі].