Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Дисперсная фаза– дисперсная среда | Тип систем | Примеры |
Т- Ж | Золи, суспензии, взвеси | Золи металлов, гидровзвеси |
Ж - Ж | Эмульсии | Технологические эмульсии, смазки |
Г – Ж | Пены, газовые эмульсии | Пены, барботажный слой, кипящая и кавитирующая жидкость |
Т – Т | Твердые коллоиды | Сплавы |
Ж – Т | Пористые тела, капиллярные системы | Адсорбентя, влажные тела, иониты, фильтрующие слои |
Г – Т | Пористые и капиллярные системы | Силикагель, активные угли, цеолиты, катализаторы, мембраны, фильтры |
Т – Г | Аэрозоли, взвеси | Дымы, псевдоожиженный слой |
Ж – Г | Аэрозоли | Туманы, капельные выбросы |
Г - Г | Неоднородные газы | Расслаивающиеся газы, флуктуации плотности в газах |
В таблице обозначено: Г – газ; Ж – жидкость; Т – твердое тело.
В гетерогенной системе областью химического взаимодействия явля-ются поверхности раздела фаз.
Скорость гетерогенной реакции является сложной функцией параметров нескольких процессов, протекающих параллельно: массопередачи извне в реакционную среду, собственно химической реакции и выведения продуктов процесса из реакционного пространства.
Элементарные стадии химической реакции протекают с разной скоро-стью. При этом в условиях стационарного процесса скорости всех стадий будут одинаковы и равны скорости самой медленной стадии. Эту стадию называют лимитирующей. Поэтому их интенсификация связана с ускорением лимитирующей стадии.
Для решения этой проблемы в теорию гетерогенных процессов введено понятие области протекания реакции. По этой теории гетерогенная реакция может протекать в кинетической, диффузионной или переходной (диффу-зионно-кинетической) области. Название этих областей связано непосредст-венно с лимитирующей стадией.
Если лимитирующей стадией является химическое превращение, то говорят о кинетической области протекания процесса. К числу кинетических факторов относят температуру, давление, концентрацию реагентов и катализатора, природу и активность последнего и др.
Если лимитирующей стадией является скорость массопередачи, то реакция протекает в диффузионной области. Известно, что для процессов, протекающих в этой области, скорость пропорциональна площади границы раздела фаз и движущей силе процесса (изменению концентрации), под действи-ем которой происходит массопередача:
V = k · S · C, (5.3)
где k – коэффициент пропорциональности;
S – площадь поверхности раздела фаз;
C – градиент концентрации.
Из данного уравнения следует, что скорость процесса можно поднять, увеличив площадь соприкосновения фаз. Эта цель достигается измельчением твердого катализатора и развития его внутренней структуры (пористости). В системах с участием жидких продуктов для увеличения поверхности контакта применяют такие приемы, как использование насадочных устройств, барботаж, пенный слой и т. д. Значение константы скорости определяется сле-дующим соотношением:
k = D/ , (5.4)
где D – коэффициент диффузии;
– толщина диффузионного пограничного слоя.
С повышением температуры коэффициент диффузии возрастает, но в значительно меньшей степени, чем скорость химической реакции. Тем не менее, температурный фактор часто используется для повышения скорости диффузионных процессов. Более эффективным является прием интенсификации перемешивания контактирующих фаз, чем достигается уменьшение толщины диффузионного слоя, что приводит к резкому увеличению константы скорости процесса массопередачи.
Для увеличения движущей силы процессов массопередачи ( С), кото-рая является градиентом концентраций: С = С – С*, где С и С* – соответственно действительная и равновесная концентрации компонента в передающей фазе, используют следующие приемы:
- повышение концентрации компонентов сырья;
- удаление продуктов процесса из реакционной зоны;
- смещением равновесия в направлении, повышающем градиент концентрации С.
Таким образом, к диффузионным факторам, определяющим интенсивность процессов массопередачи, можно отнести линейные скорости движения фаз, число оборотов перемешивающих устройств, характеристики границы раздела фаз и др. Поскольку диффузионные факторы во многом определены гидродинамикой потоков, то их часто называют гидродинамическими.
Если скорости массопередачи и реакции соизмеримы, то говорят, что процесс протекает в переходной области.
Проведение реакции в кинетической области (отсутствует диффузионное торможение) наиболее предпочтительно с точки зрения кинетики, однако ряд промышленных процессов реально осуществляют в диффузионной области. Это касается, прежде всего, высокотемпературных процессов, когда трудно избежать диффузионных торможений по причине высоких скоростей химических реакций.
Подводя итоги, можно сделать следующие выводы:
- скорость гетерогенной реакции определяется скоростью лимитирующей стадии;
- в качестве лимитирующих могут быть как процессы химического превращения, так и процессы массопередачи;
- для интенсификации гетерогенной реакции следует использовать как кинетические, так и диффузионные факторы;
- для интенсификации процессов, протекающих в кинетической области, следует применять кинетические факторы, а в диффузионной – диффузионные.
Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 655 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!