4.4.2.Основные стадии гетерогенных процессов.
Гетерогенные процессы протекают обычно при учсатии следующих стадий:
Транспорт реагентов к границе раздела фаз.
Сорбция реагентов на границе раздела фаз. .
Химическая реакция на поверхности раздела фазю
Десорбция продуктов реакции с границы раздела фах.
Транспорт продуктов реакции в глубину сплошной фазы
На общую скорость процесса накладываются скорости отдельных стадий.
Транспорт реагентов к границе раздела фаз описывается с помощью закономерностей массопередачи.
Основное уравнение для описания скорости массопередачи выглядит следующим образом:
(4.4.1)
Где :
–массовый поток к поверхности интерфейса, кмоль/мин
- коэффициент массопередачи, м/мин
- площадь поверхности интерфейса, м2
- концентрация реагента на границе раздела фаз, кмоль/м3
- концентрация реагента в объеме сплошной фазы , кмоль/м3
2. Скорость сорбции на поверхности раздела фаз по закону Генри буде пропорциональна концентрации у поверхности раздела фаз, при этом коэффициент пропорциональности – константа Генри будет зависеть от природы вещества и температуры. Этот процесс протекает обычно достаточно быстро, и поверхностная концентрация может быть записана следующим образом:
(4.4.2)
Скорость реакции на поверхности будет равна произведению константы скорости реакции на концентрацию реагента на поверхности раздела фаз.
(4.4.3)
При отсутствии накопления реагента на границе раздела фаз поток вещества, переносимого к поверхности раздела фаз за счет массопередачи будет равен потоку вещества, вступающего в химическую реакцию. Приравняв эти потоки, получим уравнение материального баланса.
(4.4.4)
Где
Разрешив это уравнение относительно концентрации на поверхности раздела фаз , получим выражение для:
(4.4.5)
Подставив это выражение в уравнение для скорости гетерогенной реакции на поверхности раздела фаз (4.4.3), получим уравнение для скорости гетерогенной реакции, выраженное через концентрацию реагента в объеме сплошной фазы :
(4.4.6)
Где (4.4.7)
Уравнение (4.4.7) выражает аддитивность сопротивлений отдельных стадий гетерогенного процесса. Если химическое сопротивление много больше сопротивления массопередачи и скорость переноса массы к поверхности раздела фаз лимитирует общую скорость процесса. В этом случае говорят, что процесс протекает в диффузионной области. При условии, когда, скорость массопередачи много больше скорости реакции на поверхности раздела фаз и процесс протекает в кинетической области. Если константы скорости отдельных стадий соизмеримы,, процесс
протекает в смешанной, диффузионно-кинетической области.
- 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