2020-04-12
76
Кроме основного процесса – химической реакции, протекающей на самой поверхности раздела фаз, обязательны стадии подвода к этой поверхности реагентов и отвода от нее продуктов. Так как эти стадии последовательны, то скорость гетерогенного процесса в системе газ (жидкость) – твердое тело определяется скоростью наиболее медленной стадии. Если определяющей стадией является химическая реакция, то говорят о кинетической области контроля процесса. Когда наиболее медленными стадиями являются стадии массопереноса путем диффузии, процесс считается протекающим в диффузионной области контроля.
Когда реакция совершается между веществами, находящимися в системе газ(жидкость) – твердое тело, основной постулат химической кинетики становится неприемлемым. В реакциях этого типа роль промежуточных продуктов обычно выполняют молекулы, связанные химическими силами с поверхностью раздела фаз (химически адсорбированные на поверхности).
Во всяком гетерогенном процессе можно выделить следующие стадии:
· диффузия реагентов, к реакционной зоне, находящейся на поверхности раздела фаз;
· активированная адсорбция частиц реагентов на поверхности; химическое превращение адсорбированных частиц;
· десорбция образовавшихся продуктов реакции;
· диффузия продуктов реакции из реакционной зоны.
Слайд 3.22до. Далее Слайд 3.23 от.
Универсального выражения для скорости процессов в системе газ (жидкость) – твердое тело не существует, поскольку каждая из выделенных стадий может является лимитирующей.
Тем не менее диффузия, как один из способов массопереноса, имеет большое значение в гетерогенных процессах. Известны два закона диффузии.
Первый закон Фика утверждает, что масса вещества dm, переносимого диффузией в направлении некоторой оси Х через перпендикулярную этому направлению площадку S за время dτ пропорциональна градиенту концентраций dC/dX вдоль этого направления:
 ,
| (3.12) |
где D – коэффициент диффузии, м/с2
Знак «минус» в (3.12) показывает, что диффузия направления в сторону уменьшения концентрации.
На основании уравнения (3.12) можно установить скорость диффузии
| (3.13) |
Или
 ,
| (3.14) |
где ∆С – движущая сила процесса; δ – толщина пограничного слоя газа (жидкости).
Слайд 3.23до. Далее Слайд 3.24 от.
Если общая скорость процесса будет определяться только скоростью химической реакции, то для его математического описания можно использовать уравнение основного закона кинетики:
Если общая скорость процесса будет определяться только скоростью химической реакции, то:
 .
| (3.15) |
Что бы получить представление о взаимном влиянии скорости диффузии и скорости химической реакции на общую скорость гетерогенного процесса, рассмотрим реакцию
,
которая протекает на плоской поверхности твердого реагента В, к которой из турбулентного потока газа диффундирует исходный реагент А через прилегающий к поверхности пограничный слой газа толщиной δ (рис. 3.13).
Далее слайд 3.24:
Для установившегося режима можно записать W=r, тогда при β г=D/ δ получаем
 ,
| (3.16) |
Откуда
 .
| (3.17) |
