"justify"> до завдань застосуємо локальний підхід, тобто в кожному розглянутому перерізі спостережувані закономірності не залежать від того, як вони протікають в інших перетинах, і від того, як процес протікав в інші моменти часу;
частинки твердого тіла мають малу кривизну, тобто їх можна вважати плоскими;
до завдань застосуємо квазістаціонарних підхід, тобто швидкість зміни властивостей каталізатора і реакційного середовища набагато менше швидкості переходу процесу до нових умов проведення.
Всі представлені каталізатори - пористі тіла, лімітуючою стадією процесу може бути будь-яка з мікро-або макростадій. Зауважимо, що в умовах стаціонарного процесу швидкості всіх послідовних стадій однакові. Тому в даному випадку лімітуючої вважається стадія, в якій зосереджується найбільший опір протіканню процесу. Тільки в цьому сенсі можна говорити про швидких і повільних стадіях. p align="justify"> гетерогенності-каталітичний процес на зовнішній поверхні каталізатора
Розглянемо процес, який включає перенесення вихідної речовини з ядра потоку через ПГС до поверхні і реакцію перетворення протікає на зовнішній поверхні твердого каталізатора (рис. 11).
Рис. 11. Перенесення речовини А з ядра потоку з концентрацією з А х = 0 до поверхні каталізатора, у якої встановлюється концентрація з Ап
Перенесення здійснюється молекулярної дифузією потоком F A , спрямованим по нормалі до плоскої поверхні частки каталізатора з ядра газового потоку. Процес протікає в стаціонарних умовах в проточному реакторі, тому в ядрі потоку встановлюється постійна в даному перетині концентрація вихідної речовини з А х = 0 , на поверхні формується концентрація з Ап за рахунок підведення речовини потоком F A і витрачання його з реакції. Швидкості підведення речовини до поверхні каталізатора за рахунок дифузії (прихід) і його витрачання з допомогою хімічної реакції дорівнюють, інакше на поверхні спостерігалося б накопичення або витрачання речовини А, що суперечило б умові стаціонарності. По тому ж умові величина потоку постійна. Запишемо рівняння закону Фіка:
В
де FА - мольний потік реагенту А до поверхні каталізатора; d е - коефіцієнт ефективної дифузії реагенту А в ПГС; S - зовнішня поверхня каталізатора; - градієнт концентрації реагенту А вздовж обраного напрямку; x - координата, спрямована по нормалі з потоку газу до поверхні каталізатора;
Проинтегрируем диференціальне рівняння:
.
Скористаємося початковими і граничними умовами:
x = 0; CА = cАx = 0; const = cАx = 0; =?; CА = cАп; і.
Для стаціонарних умов величина потоку F A буде дорівнює швидкості хімічної реакції на поверхні розділу фаз r < span align = "justify"> x.п . Для реакції першого порядку отримаємо:
FА = k САП S;; і
.
Тут - коефіцієнт массоотдачі. Таким чином, рівняння для розрахунку швидкості хімічного процесу rх.п буде мати наступний вигляд:
В
де? спостережувана константа швидкості гетерогенного процесу.
Отримане рівняння формально має вигляд кінетичного рівняння, що описує необоротну реакцію першого порядку. Проведемо аналіз отриманого рівняння. Для цього розглянемо два крайніх випадку:
і.
);
.
У цьому випадку сама повільна стадія? перенесення речовини через ПГС. Інакше - лімітуючої стадією є зовнішня дифузія, і кажуть, що процес протікає в внешнедіффузіонной області. br/>
2);
.
У цьому випадку самою повільною стадією є хімічна реакція. Інакше - хімічна реакція виявляється лімітуючої стадією, і кажуть, що процес протікає в кінетичній області, або лімітується кінетикою. p align="justify"> Якщо змінити співвідношення величин k і b , можна перевести процес з внешнедіффузіонной області під внешнекінетіческую і навпаки. Коефіцієнт массоотдачі при незмінних властивостях середовища (постійний коефіцієнт D е ) залежить від товщини ПГС d . При d В® 0
