Концентрація - газоподібний реагент - Велика Енциклопедія нафти і газу
Концентрація – газоподібний реагент
Нехай дифузія до зовнішньої поверхні зерна є найповільнішою стадією процесу. Тоді концентрація газоподібного реагенту у зовнішній поверхні зерна, починаючи з деяких зачень швидкості реакції на зерні, дорівнюватиме нулю у всій області, що визначається зазначеною умовою. [16]
Для будь-якого характеру потоку зберігається основне співвідношення стаціонарного гетерогенного реагування, згідно з яким кількість газу, що прореагував на поверхні вуглецю, дорівнює дифузійному потоку газу, що реагує, до цієї поверхні. На вуглецевій поверхні при цьому встановлюється деяка концентрація газоподібного реагенту величина якої визначається співвідношенням швидкостей цих двох процесів. [17]
У кінетичному рівнянні для реакцій, що протікають зі зміною обсягу, достатньо врахувати або тільки зміна концентрації, або тільки швидкість газового потоку, залежно від зміни обсягу газової фази. Оскільки зміна об'єму гаавой фази враховано у вираженні концентрації газоподібного реагенту , то швидкість газового потоку W у рівнянні ( 11) визначається як відношення початкової об'ємної швидкості Vo при температурі досліду площі S поперечного перерізу реактора. [18]
Однак у загальному випадку середня рушійна сила процесу перенесення у газовій фазі визначається умовами ведення досвіду. Тож якщо знизити швидкість подачі частинок, то зростає концентрація газоподібного реагенту . Отже, ступінь перетворення твердої речовини та концентрація газоподібного реагенту на виході та всередині шару взаємозалежні, тому повний аналіз стану псевдозрідженого шару потребує врахування обох цих явищ. [19]
Оскільки система закрита, реакція йде зазмінний тиск і склад газоподібних компонентів. Це ускладнює інтерпретацію одержуваних результатів, що пов'язано з впливом на швидкість процесу концентрацій вихідних газоподібних реагентів та газоподібних продуктів реакції. [20]
Однак у загальному випадку середня рушійна сила процесу перенесення у газовій фазі визначається умовами ведення досвіду. Так, якщо зменшити швидкість подачі частинок, то зростає концентрація газоподібного реагенту. Отже, ступінь перетворення твердої речовини та концентрація газоподібного реагенту на виході та всередині шару взаємозалежні, тому повний аналіз стану псевдозрідженого шару потребує врахування обох цих явищ. [21]
На досвіді попередніх завдань ми можемо відразу зробити висновок, що дифузія газу через шар твердого продукту повинна розглядатися в термінах зовнішнього завдання, і якщо ця дифузія виявиться повільною стадією, процес загалом протікатиме квазістаціонарно. Однак рівняння ( 6) при цьому не застосовується, оскільки товщина шару L твердого продукту зростає в часі. Виведемо рівняння кінетики реакції, що протікає в дифузійній ділянці, коли концентрація газоподібного реагенту в кінці шару твердого продукту близька до нуля. [22]
Кінетика та механізм взаємодії вуглецю з газифікуючими агентами досі остаточно не встановлені. Однозначно доведено лише те, що в залежності від умов проведення процесу його швидкість може лімітуватися або дифузією газоподібних реагентів з ядра потоку до поверхні частки і всередину її пір, або хімічною реакцією окислювачів з вуглецем на поверхні частинок. У першому випадку (дифузійна область) швидкість хімічної реакції значно перевищує швидкість дифузії, тому на поверхні частки концентрація газоподібногореагенту близька до нуля, тому що всі його молекули, що проникли через дифузійну плівку до поверхні частки, відразу вступають у реакцію з вуглецем. У другому випадку (кінетична область) внаслідок зниженої швидкості хімічної реакції порівняно з дифузією концентрація газоподібного реагенту на поверхні частинки та в ядрі потоку практично однакова. [24]
У газовій фазі можуть бути сірководень, діоксид сірки, пари сірки та води. У разі реальних технологічних процесів змінними величинами є як температура, визначальна можливість реалізації певних хімічних реакцій, а й концентрації твердих і газоподібних реагентів , залежні від потужності вхідних потоків і швидкостей взаємодій, тому необхідно вивчити якісний і кількісний склад продуктів випалу за умов. [25]
Для оцінки впливу внутрішньодифузійного гальмування відзначимо, що воно має бути максимально в момент максимуму швидкості реакції, що спостерігається. Вище ми встановили, що максимуму швидкості реакції, що спостерігається, відповідає фаза максимальної швидкості на ділянці модельної пори, що примикає до її гирла. При цьому внесок у спостерігається швидкість реакції від ділянок пори, більш віддалених від гирла, повинен бути дуже малий як у зв'язку з низькою концентрацією газоподібного реагенту, так і внаслідок того, що ядра фази твердого продукту для цих ділянок ще відносно малі і, відповідно, мала та швидкість реакції. [27]
Кінетика та механізм взаємодії вуглецю з газифікуючими агентами досі остаточно не встановлені. Однозначно доведено лише те, що залежно від умов проведення процесу його швидкість може бути лімітована або дифузією газоподібних реагентів з ядра потоку до поверхнічастинки та всередину її пір, або хімічною реакцією окислювачів з вуглецем на поверхні частинок. У першому випадку (дифузійна область) швидкість хімічної реакції значно перевищує швидкість дифузії, тому на поверхні частинки концентрація газоподібного реагенту близька до нуля, тому що всі його молекули, що проникли через дифузійну плівку поверхні частинки, відразу ж вступають в реакцію з вуглецем. У другому випадку (кінетична область) внаслідок зниженої швидкості хімічної реакції порівняно з дифузією концентрація газоподібного реагенту на поверхні частинки та в ядрі потоку практично однакова. [29]
В - - у цьому випадку швидкість реакції пропорційна середньому геометричному з константи швидкості реакції і коефіцієнта дифузії. Оскільки останній дуже слабко залежить від температури, енергія активації, що спостерігається, складе половину її істинного значення. Відповідна макрокінетична область перебігу реакції називається внутрішньодифузійною областю. Швидкість реакції, що протікає у внутрішньодифузійній ділянці, залежить також від розмірів зерен твердого матеріалу та від середнього радіусу пір. Це значення відповідає тому, що концентрація газоподібного реагенту у центрі зерна близька до нуля. [30]