4.4.3.Определение области протекания гетерогенного процесса.
Область гетерогенного процесса можно определить по зависимости эффективной скорости процесса от условий протекания процесса.
По зависимости наблюдаемой скорости процесс от относительной скорости движении фаз.
Если наблюдаемая скорость процесс зависит от скорости движения фаз, то общая скорость процесса контролируется скоростью массопереноса. Это означает, что и процесс происходит в диффузионной области, так как скорость массопередачи увеличивается при увеличении скорости обтекания твердой фазы, за счет уменьшения толщины диффузионного пограничного слоя, в соответствии с уравнениями, вытекающими из 1-гозакона Фика. Лимитирующей стадией процесса при протекании процесса в диффузионной области является скорость диффузии через неподвижный диффузионный слой на поверхности раздела фаз:
(4.4.8)
Где - толщины диффузионного пограничного слоя, которая зависит от скорости обтекания.
Например, на рис. Показано влияние скорости перемешиваниия на скорость растворения цинка в кислоте
Рис.4.4.1. Зависимость скорости растворения цинка от скорости вращения мешалки.
Из рисунка видно, что при увеличении скорости вращения мешалки до 800 об/мин дальнейшее увеличение скорости растворения практически прекращается. Причиной этого может быть переход процесса в кинетическую область, где скорость процесс не зависит от скорости транспорта реагента к поверхности раздела фаз, на которой происходит химическое превращение.
Другим способом определения области протекания гетерогенного процесса является исследование зависимости общей скорости процесса от температуры.
Известно, что энергия активации химических процессов находится обычно в интервале 40200 кДж/моль. В то время как энергия активации диффузионных процессов, протекающих в жидких или газообразных средах находится в пределах 420 кДж/моль
Рис.4.4.2: Влияние температуры на реакцию C+½O2→CO. В интервале температур 600-800°C, E=174 кДж/моль (химический контроль), и в интервале 1100-1300°C, E=6.3 кДж/моль (диффузионный контроль)
На рис.4.4.2 показано влияние температуры на реакцию окисления углерода при недостатке кислорода. Из рисунка видно, что в интервале температур 600-800°C, поверхностная реакция окисления является боле медленной стадией, чем скорость транспорта кислорода к реакционной поверхности. При достижении температуры 1000С скорость поверхностной реакции увеличивается настолько, что скорость транспорта кислорода к реакционной поверхности становится медленнее возможной скорости его расхода и гетерогенный процесс окисления переходит в область диффузионного контроля.
- Санкт-Петербургский государственный горный институт
- Раздел 3.2 .Модель идеального вытеснения. 40
- Раздел 3.4. Диффузионная модель 47
- Раздел 5. Синтез моделей технологических объектов на базе их гидродинамических моделей и уравнений химической кинетики. 125
- 1. Введение. Основные понятия систем
- 1.1.Очень большая система
- 1.2.Общая структура сложных объектов систем и основные этапы моделирования.
- 1.2.1.Формализованное описание.
- 1.2.2.Математическое описание.
- 1.2.3.Моделирующий алгоритм.
- 2. Общие принципы и этапы построения математических моделей систем.
- 2.1. Структурный анализ и структурный синтез сложных технологических систем
- 2.2. Обобщенная структурная модель металлургического процесса.
- 3. Модели структуры потоков для технологических объектов.
- 3.1 Модель идеального перемешивания.
- Применение преобразования Лапласа для анализа математических моделей.
- Раздел 3.2 .Модель идеального вытеснения.
- 3.3. Ячеечная модель аппарата
- Раздел 3.4. Диффузионная модель
- Стационарный метод определения критерия Пекле.
- 3.5.Комбинированные модели
- 3.5.1.Модель с застойной зоной
- 3.5.2.Модель с байпасным потоком.
- 3.5.3.Последовательное соединение ячеек идеального вытеснения и идеального смешения.
- 3.5.4.Гидродинамические модели многофазных потоков.
- 3.6.Методы определения параметров моделей структуры потоков.
- 3.6.1. Характеристики кривых отклика аппаратов на возмущения с помощью моментов.
- 3.6.2. Связь передаточных функций с моментами кривых
- 3.6.3.Ячеечная модель
- 3.6.4.Диффузионная однопараметрическая модель
- 3.6.5.Вычисление моментов по экспериментальным данным.
- 3.6.6.Определение параметров гидродинамических моделей по экспериментальным данным путем решения обратной задачи методами нелинейного программирования.
- 4. Кинетические модели для описания химических превращений.
- 4.1.Основные закономерности химической кинетики
- 4.2. Методы определения параметров кинетических моделей.
- 4.2.1.Определение констант скорости параллельных реакций:
- 4.3.Определение кинетических констант сложных реакций методами нелинейного программирования.
- 4.4. Кинетика гетерогенных процессов.
- 4.4.1 Типы гетерогенных процессов
- 4.4.2.Основные стадии гетерогенных процессов.
- 4.4.3.Определение области протекания гетерогенного процесса.
- Влияние формы межфазной поверхности раздела фаз на скорость гетерогенных процессов.
- Раздел 5. Синтез моделей технологических объектов на базе их гидродинамических моделей и уравнений химической кинетики.
- 5.1. Модель идеального смешения
- 5.2.Модель идеального вытеснения:
- 5.3. Диффузионная модель
- Литература