костей
( 4
) до
( 5
) якраз і h1.
Ступінь використання внутрішньої поверхні пори лежить в межах від 0 до 1: 0
> 1 th (h1) В® 1 і. p> Швидкість хімічного процесу при, тобто при дуже низькій константі швидкості в порівнянні з коефіцієнтом дифузії складе. Реакція йде в кінетичної області,
.
При h1 <<1 ch (h1) В® 1. Тоді
В
По всій довжині пори встановлюється концентрація сА В»САП, h1 = 1.
При ch (h1) В® ВҐ, тобто при набагато більш високій швидкості хімічної реакції в порівнянні з швидкістю массопередачи, можна очікувати, що реагенти не встигнуть глибоко проникнути в пору, так як будуть витрачені за хімічної реакції, процес протікає в внутрідіффузіонной області, а ступінь використання внутрішньої поверхні пор h1 В® 0. Швидкість хімічного процесу підпорядковується рівнянню
.
Розподіл концентрацій по довжині пори:
В
Таким чином, у міру просування в глибину пори концентрація речовини А падає, причому швидкість її зниження пов'язана зі ступенем використання внутрішньої поверхні каталізатора h1 і залежить від модуля Тілі. Знаючи величину модуля Тілі, можна оцінити ефективну глибину проникнення речовини в пору, тобто середня відстань, якого можуть досягти молекули вихідної речовини, перш ніж прореагує їх переважна більшість. Для цього модуль Тілі представляють в наступному вигляді:
В
- ефективна глибина проникнення.
Очевидно, l еф/L = 1/h1. Це гіперболічна функція на ділянці 1 ВЈ h1 ВЈ ВҐ. При h1 <1 l еф/L> 1, що означає безперешкодне проникнення речовини на всю глибину пір при малих значеннях модуля Тілі. Практично можна вважати, що при h1 <0,5 швидкість процесу визначається швидкістю хімічної реакції, процес протікає в внутрікінетіческой області, при h1> 2 визначальну роль грає швидкість дифузії, що обумовлює внутрідіффузіонную область перебігу. У межах h1 = 0,5-2 здійснюється внутріпереходная область. Зауважимо, що навіть під внутрідіффузіонной області, на відміну від внешнедіффузіонной, швидкість процесу залежить від величини константи швидкості хімічної реакції k. Розглянемо, як спостережувана константа швидкості змінюється з температурою при протіканні процесу в різних областях на прикладі реакції, швидкість якої прямо пропорційна концентрації реагенту А.
Внешнедіффузіонная область
rх.п. = bсАх = 0S. Коефіцієнт массоотдачі настільки слабо залежить від температури, що його можна вважати постійним в досліджуваному інтервалі. Отже, спостережувана константа швидкості також не змінюється з температурою. p> Перехідна область
.
Температурна залежність спостережуваної константи не підкоряється рівнянню Арреніуса.
Внешнекінетіческая область
rх.п = kсАх = 0S. Константа швидкості підпорядковується аррениусовскую залежності
В
Внутрідіффузіонная область
Якщо реакція протікає при лімітуванні швидкості процесу стадією дифузії всередині пір, то можна вважати, що молекули реагентів досягають поверхні частки безперешкодно, товщина ПГС d В® 0 і САП = Сах = 0. Тоді
В
де при слабо залежному від температури ефективному коефіцієнті дифузії. Тоді
В
тобто спостережувана енергія активації ефективної константи швидкості буде вдвічі нижчою, ніж енергія активації тієї ж реакції під внешнекінетіческой області.
Внутріпереходная область при САП = сАx = 0:
В
Зміна спостережуваної константи швидкості з температурою не відповідає рівнянню Арреніуса навіть формально.
Внутрікінетіческая область при САП = сАx = 0:
аррениусовскую залежність спостережуваної константи швидкості з енергією активації, рівної Є.
Якщо уявити графічно залежність константи швидкості від температури у всіх розглянутих областях в координатах Арреніуса, то отримаємо графік, званий кривої Зельдовича (рис. 15).
Судячи з рис. 15, одна і та ж реакція, проведена при різних температурах, може протікати в різних областях. Звичайно, на прикладі одного і того ж процесу не можна бачити весь спектр переходів від внешнедіффузіонной до внешнекінетіческой області, практично неможливо провести одну реакцію в настільки широкому температурному інтервалі, але переміщення між сусідніми областями дуже ймовірні. br/>
Рис. 15. Крива Зельдовича. Області протікання процесу: I - внутрікінетіческая; II - внутрідіффузіонная; III - внешнекінетіческая; IV - внешнедіффузіонная
Перехід з області в область можливий і за рахунок зміни умов масопереносу. Наприклад, з внешнедіффузіонной області під внешнекінетіческую можна перейти, збільшуючи швидкість газового потоку. Це ...
