2020-01-14
208
Кинетическая схема гетерогенного процесса:
1. Доставка газа–окислителя к поверхности раздела фаз (внешняя диффузия);
2. Адсорбция газа–окислителя на поверхности углерода;
3. Химическое взаимодействие с образованием адсорбированных продуктов;
4. Десорбция продуктов;
5. Диффузия (отвод) продуктов от поверхности в газовый поток.
Стадии 1 и 5 переноса компонентов газовой фазы в реальной металлургической системе всегда связаны с конвективными турбулентными макропотоками. Это диффузия в потоке – массопередача.
Стадии 2, 3 и 4 – химические (адсорбционно–химические).
Медленная стадия – лимитирующая.
Режимы процесса:
– диффузионный;
– кинетический (химический);
– переходный (смешанный).
Основные закономерности диффузии в потоке
Скорость диффузии
где 
– концентрация газа–окислителя в объеме (ядре потока); 
– концентрация газа–окислителя на поверхности твердого углерода; 
– константа диффузии; 
– толщина диффузионного слоя; 
– коэффициент массопереноса.
|
|
|
,
где W – cкорость газового потока; d – размер (приведенный диаметр) куска угля; n – показатель, зависящий от условий.
– формула Эйнштейна.
Здесь 
– число Авогадро; r – радиус диффундирующих частиц; 
– коэффициент динамической вязкости газа.
,
где А – коэффициент пропорциональности; m = 1,7 для реальных газов.
Факторы, влияющие на скорость диффузии газов в потоке:
1. Скорость газового потока, W;
2. Природа и свойства газа, r, 
, D;
3. Размер частиц углерода, d;
4. Температура, Т.
Рассмотрим упрощенную схему, полагая, что горение определяется двумя стадиями – доставкой кислорода к месту реакции и химическим взаимодействием на поверхности. Величина диффузионного потока кислорода (скорость диффузии) из объема газа к единице поверхности углерода согласно первому закону Фика
(1)
где d – толщина диффузионного слоя; 
и 
– концентрации кислорода в объеме газа и на поверхности углерода, 
Пусть химическая реакция имеет I порядок.
Тогда скорость ее
(2а)
где 
– константа скорости реакции.
При установившейся режиме скорости последовательных звеньев и наблюдаемая скорость суммарного превращения 
одинаковы, 
Тогда 
и 
(*)
Уравнение справедливо для смешанного режима.
Для диффузионного режима 
и 
(2)
Для кинетического режима 
и 
(3)
Несмотря на сходство уравнений (2) и (3), они описывают разный характер протекания процесса.
|
|
|
Уравнение (*) нередко записывают через «эффективную» константу скорости гетерогенного процесса К
Здесь 
Это выражение можно привести к виду: 
и трактовать так:
«полное сопротивление протеканию процесса складывается из суммы химического и диффузионного сопротивлений».
