A heterogén eljárások - studopediya
Tekintsünk egy kétrészes reaktort.
Szakaszok közötti telepített külső hőcserélővel. A kötet az első szakasz úgy számítjuk ki, hogy a hőmérséklet és a készítmény a reakcióelegy kimeneténél az első rész a felső határ területet megfelelt az optimális hőmérséklet.
Hőcserélő felület és a kiszámított paraméterek hűtőfolyadék hőcserélő, a hőmérsékletet a reakcióelegy a bevezetéstől a második szakasz megfelel annak az alsó határa az optimális hőmérsékletet.
A kötet a második szakasz kiszámítja a feltétellel, hogy a hőmérséklet és a készítmény a reakcióelegy kimeneténél a második szakasz megfelel a felső határa az optimális hőmérsékletet. Ezzel a rendszer képes elérni lényegében 100% -os konverzió ellenére az egyensúlyi paraméterek. (Példa multisection használt reaktor kapcsolatba SO2 oxidáció).
Előnyei több reaktor:
1.Prostota szerkezete (adiabatikus mód).
2.Nalichie másodlagos termikus erőforrások miatt a külső hőt.
Cons több reaktor:
1.Slozhnost folyamatábra társított a jelenléte a külső hőcserélő berendezések.
magas hőmérsékletű katalizátorok működnek az alsó polcokon. alacsony hőmérsékletű katalizátorok használja magas polcról, ha az gazdaságilag indokolt, mivel az alacsony hőmérsékletű katalizátorok a magas ár.
Egy ilyen multicell alkalmazandó rendszer endoterm reakciók.
A jelentős különbség az, hogy nincs technológiailag hangtér optimális hőmérsékletet.
A térfogatot az egyes szakasz számítjuk ki minimális termelési költségek és a kiolvasztott hőcserélőben végezzük, hogy egy értéket Tin. Különösen ennek a sémának az a folyamat, vízgőzös reformálása metán.
Heterogén eljárások magukban foglalják a rendszer:
- Gáz-szilárd;
- Gáz-folyadék;
- Folyadék-szilárd;
- A szilárd-szilárd;
- Folyadék-folyadék elválasztás (ha nem elegyedő).
A megkülönböztető jellemzője az a folyamat a jelenléte heterogén határfelületi felületi, amely lehet állandó vagy változhat az időben.
Amikor áramló heterogén eljárással együtt tisztán kémiai lépések és diffúziós lépések létezik, így az azonosítás fontos sebességkorlátozó lépés kezelésére heterogén eljárások.
Ahhoz, hogy azonosítsa a sebességmeghatározó lépés vizsgáltuk függését reakciósebesség a hőmérséklet. Ez a függőség lehet osztani három területen:
1. Az eljárás növekedésével növekszik a hőmérséklet, és a törvény
Arrhenius. A kinetikai régió a folyamat irányító paraméterek mikrokineticheskie - T, P, C.
3. A folyamat sebessége gyakorlatilag független a hőmérséklet - diffúzió
területet. diffúzió aktiválási energia csökken, illetőleg a hőmérséklet-változás nem változtatja meg a diffúziós együttható és a sebesség érték kis mértékben változott. Ellenőrzési paraméterek itt - macrokinetic kapcsolódó betáplálási sebessége a reagensek, keverés mértéke és diszpergáló szereket. Ebben a régióban összhangban a diffúzió sebessége a Fick első törvénye, a vezérlő paraméter a reagensek koncentrációja, de a jellemzője a diffúziós régió egy elsőrendű reakció, sorrendjétől függetlenül komponens a reakció vagy molekuláris reakciókat.
2. Az átmeneti tartomány.
Speed együtt növekszik a hőmérséklet, de az Arrhenius törvényt nem tartják be. Itt a vezetők és macrokinetic és mikrokineticheskie tényezők, de az intenzitása ezek hatását a folyamat kevésbé, mint a megfelelő áramlási területen. Abból a szempontból, a reakció átmeneti régió kevésbé ígéretes, de meg kell jegyezni, hogy a során a heterogén eljárással el lehet mozgatni az egyik helyről a másikra, így megakadályozza az átmenet a változás egyik paramétert mikrokineticheskih általában velejárója a változás minden paraméter Macrokinetic.
Heterogén folyamat - egy többlépcsős folyamat. A legegyszerűbb eljárás egy folyadék-gáz rendszer, amely általában akkor fordul elő három lépésben:
I. terület külső diffúziós - a gáz és a folyadék a felületen, ami akkor keletkezik, mesterségesen a esetek túlnyomó többségében (üledékes oszlop);
II. Kémiai kölcsönhatás (kinetikus régió);
III. Termékek eltávolítását a felület (külső diffúziós régió perkolációs).
A legtöbb esetben, a folyamatok a rendszerben folyadék-gáz áramlását a külső diffúziós régióban, így a design berendezések megoldásához szükséges egyidejűleg a problémát a növekvő lineáris reakciópartnerek betáplálási sebessége és a növekvő területén az adagolócsőr felülete határol. Annak érdekében, hogy a szükséges fázis érintkezési felület szükséges, hogy csökkentsék a lineáris méretei a fúvóka így növeli az ellenállást a növekedés a lineáris sebesség, ezért szükséges, hogy megtalálják az optimális.
Hab lengéscsillapítók szintén nem alkalmazzák széles körben, mert alacsony hidrodinamikai ellenállás. Csomagolt oszlopok nagyon kapitalozatratnye, míg a hab abszorberek arány 10-szer nagyobb, mint a töltött oszlopokon.
Az elegy hőmérsékletét a felszívódás nem a vezérlő paraméter, mivel a hőmérséklet növekszik oldhatóságát gáz egy folyékony csökken. Ezért a hőmérséklet-növekedés indul csak akkor, ha a teljes felszívódás sebessége korlátozza egy kémiai reakció.
Folyamatok gáz-szilárd anyag nagyon nehéz kezelni. A folyamatot képviseli meghatározott 11 szakaszból áll:
1. Diffúziós a gáznemű reagens a felszínre a szilárd részecskék (külső
2. Diffusion a gáznemű reagens keresztül a termék réteget a felületre
interfész (belső diffúzió);
3. adszorpciója a reagens gáznak a felület;
4. Kioldódási gáznemű reagenst a szilárd kiindulási anyag;
5. diffúziója a fázishatáron egy potenciális központ
kialakulását egy új fázisú sejtmagok;
6. A kémiai reakció;
7. diffúziója központjában potenciális képződését egy új fázis mag
felszíni felület;
8. Kioldódási gáznemű reagenst a szilárd kiindulási anyag;
9. A deszorpciót gáznemű reagens a felület;
10. Diffúziós a gáznemű reagens keresztül a termék felületén réteget
interfész (belső diffúzió);
11. diffúziója gáznemű reagens felületén a szilárd részecskék (külső
Mind a 11 szakaszban tartják csak abban az esetben,
ATV + VgAZ = PTS + Dgaz,
Ha Atv = PTS + Dgaz - 6 lépéseket, kezdve a hatodik az első;
Ha Atv VgAZ = PTS + -6 lépéseket, kezdve az elsőtől a hatodik.
Kinetikájának leírására szilárd fázisú kölcsönhatások segítségével három alapvető modell magok kialakulását egy új fázis:
A. gócképződés egy új fázis lép fel azonos valószínűséggel minden
A külső felülete a szilárd részecskék a végrehajtása a fizikai feltételek a folyamat. Ez a modell lehet alkalmazni, ha figyelembe vesszük a degradációs folyamatok a szilárd anyagot, ha a folyamat hőmérséklete magasabb, mint a bomlási indítási hőmérséklet. Ebben az esetben, ha végrehajtása fizikai állapotának a teljes felületen a szilárd részecske ágyas eljárást borított terméket és a további előre a felület határozza meg csak a diffúziós ellenállás okozott, mint a porozitása a termék és a mérete a szilárd részecskék.
B. gócképződés új fázisok az aktív központok azonos
valószínűsége. Mivel aktív helyeit a kristályrács hibák tartják szilárd anyag és a felvételét nyoma, amelyek mindig jelen vannak a bármilyen anyagból. A modell szerint azt feltételezzük, hogy az aktív helyek egyenletesen vannak elosztva az egész felületén a szilárd részecskék, és a végrehajtási folyamat a fizikai feltételek a felületén a szilárd részecskék van kialakítva rögzített számú sejtmagok egy új szakasz. Ezt követően magok növekedés figyelhető, hogy a kezdeti része a kezdeti idő növekedéséhez vezet a felületen, és tovább, hogy annak csökkentését. Matematikailag ez a modell által leírt zsugorodó területeken, ahol a
x átalakulás mértéke a szilárd anyag;
állandó sebességgel összhangban az Arrhenius-egyenlet;
T idejű feldolgozása a szilárd anyagot.
Szerződő gömb modell jól leírja a bomlási folyamatban a szilárd anyag és néhány, a folyamatok felszabadulásával kapcsolatos a gáznemű reagens.
C. Model exponenciális növekedése a magok számának egy új szakasz. a legmegfelelőbb
modell alkalmas bármely eljárással. A modell feltételezi, hogy az aktív helyek felületén a szilárd részecskék energetikailag heterogén. Végrehajtásában a fizikai körülmények a mag az új szakasz a folyamat vannak kialakítva az aktív centrumok, amelynek a legnagyobb a felesleges energiát. A megjelenése a felület vezet az aktiválási központok kevesebb energiaveszteséget jelent, mint az első alkalommal.
A függőség mértéke a folyamatot a feldolgozási idő a szilárd anyag.
OA - az indukciós periódus. Úgy tervezték, hogy az energia tárolására a szilárd. Úgy véljük, hogy az indukciós periódus alatt, átváltását a primer áramlási, ami a előfordulása az első magok az új szakasz. Nyilvánvaló, hogy az indukciós periódus függ a hőmérséklettől.
AC - gyorsulási szakasz. Két párhuzamos folyamatok zajlanak le: a gócképződés az új szakasz, és a növekedés a már kialakult a kezdeti szakaszban AB. A növekedési ráta növekedésével jár együtt a magok számának egy új szakasz a sebesség nap növekedés növekedésével jár együtt a magok.
CD - időszak maximális sebesség.
DE - recesszió. A D ponton a növekvő atommagok elkezdenek kapcsolatba egymással (próbálkozás növekedni mélység vagy felfelé). E pontban a folyamat továbblép a diffúziós zóna, azaz itt a teljes felületen a szilárd részecskéket, borított az új szakasz.
Erofeev egyenletet, ahol n-konstans Yerofeyev. Fizikai értelemben összefügg a magok számának egy új szakasz, amely aktiválja a keletkező mag. Kísérleti úton határozzuk meg.
Külső diffúziós régió, amely a folyamat a gáz / szilárd rendszert.
Ráta kiszámítása a folyamat gáz a rendszer / szilárd képviseli, hogy a gömb alakú részecskék fújt gáz áramlási sebességgel haladó # 969;.
Mivel a részecske érdes felülete létezik részecskéi körül prakticheki stacionárius határréteg gáz, amely a fő ellenállás a diffúziós folyamat a reagens gáznak a felszínre a szilárd részecske.
Peremvastagságát sloya- # 948;.
A koncentráció a gáz-halmazállapotú komponenst a külső felületén a határréteg megegyezik a koncentrációja egy komponens a magban áramlás.
A komponens koncentrációjának a felületén a szilárd részecskék-ZBS.
A sebesség a folyamat terén külső diffúziós UKD.
Ez egy olyan terület konvektív diffúzió.
Szerint a Fick első törvénye kapjuk:
-különbség koncentrációban egy gáz alakú összetevőjével.
-Border film vastagsága.
-anyagátadási tényező a konvektív diffúziós.
Alapján ezek az arányok azt mondhatjuk, hogy az arány a heterogén eljárással a konvektív diffúziós jellegétől függ a gáz-halmazállapotú komponenseket, a koncentráció a gáznemű komponensek és a lineáris betáplálási sebessége a reagensek.
A lineáris betáplálási sebessége a reagensek meghatározza a vastagsága a határ a film. A legfontosabb az összes tényező erősen befolyásoló az áramlás a folyamat a lineáris betáplálási sebessége a reagensek. A fő vezérlő tényező a konvektív A diffúziós lineáris betáplálási sebessége a reagensek.
Ezért, figyelembe a következő feltételezés: ha a gázt molekulát, hogy a felület, majd ezt azonnal reagáltatjuk. kémiai konverziós arány magasabb, mint a konvektív diffúziós sebességgel.
Ez a feltevés a számítási idő teljes átalakulás során az áramlási folyamat konvektív diffúziós.
A szabály alkalmazásával, hogy tetszőleges számú gáz részecskék jönnek a felszínre, olyan mennyiségű szilárd lépett be a reakciót.
A sebességet úgy fejezzük a tömeg változása a szilárd anyag, említett felületének érintkezési fázisok és az időintervallum, amely alatt a kölcsönhatás történt.
Ez az egyenlet vonatkozik az anyag feldolgozási ideje # 964;, az eredeti részecskék sugara R, és a sugara a reagálatlan részét (az el nem reagált mag sugár).
-idő teljes átalakulás.
Az intenzitás a folyamat a külső tartományban diffúz Amellett, hogy a korábban említett tényezők befolyásolják a mérete és a feldolgozott részecskék.
Ha a nagysága a felületi réteg # 948 = 0, akkor az arány a konvektív diffúziós aránytalanul nagyobb, mint az arány a kémiai reakció, és az összeget a kezdeti gáznemű reagenseket, táplálunk a felületen, akkor nincs ideje reagálni. Ennek eredményeként, az átalakítás a szilárd anyag elenyésző. Ez könnyen szemlélteti a hőkezelés egy fluidágyas (határozza meg az áramlási sebesség tartománya, amely abban rejlik közötti start sebesség súlyú a részecskéket egy sebessége pneumatikus továbbítás kezdődő).
Sőt, kiderül, hogy a szilárd anyag nem reagál, mint teszi az áramlás a munkatér.
Major ellenállás folyamat a diffúz régióban középre a szállítás során a reagensek keresztül a reakció termék réteg, alakítunk ki a felületén a szilárd részecske.
A folyamat sebessége a szakember vnutridiffuznoy meghatározott koncentrációjának a komponensek felvitele a szilárd részecskék és a méret a szilárd részecskék. A diffúziós együttható nagyban meghatározza a szerkezet a porózus termék réteg, mivel történő áthaladás ideje alatt a réteg termék molekulák ütköznek gáznemű reagensek nemcsak egymás között, hanem a fal pórusokat.
A meghatározó tényező a kontroll folyamatábrát vnutridiffuznoy domain, a méret a feldolgozott részecskék.
A fenti eljáráshoz fluidágyas, a külső réteg a termék mechanikusan eltávolítjuk a felületről, ugyanakkor nem figyelhető meg ebben a belső diffúziós folyamat.
Minden alkalommal frissítjük szilárd felületre. Alakult finom részecskéket.
Ez az egyenlet nem alkalmazható az adott számítás.
Úgy véljük, hogy a diffúzió sebessége a külső magas. Miután a gáznemű anyag molekula kedvelt a felszínre, azonnal belépett egy kémiai reakció. A koncentráció az anyag a felületen nulla.
Ez az egyenlet írja le a tényleges folyamat.
Eljárás alkalmazásával a konvektív diffúziós időt úgy határozzuk teljes feldolgozása a szilárd anyagot.
-a sűrűsége a szilárd anyagot.
Az idő függ a téren. Ezért, a részecskeméret a fő meghatározó paramétert. fázis határán egy ilyen folyamat idővel változik.
Kinetic áramlási heterogén folyamat
E területen megértéséhez a folyamat lépéseit, az abszorpciós kémiai kölcsönhatás. Ezért a sebesség a kinetikai régióban.
-sebességi állandóját a felület kémiai reakció.
ZBC az a koncentrációja, a gáz-halmazállapotú komponenst a felületen.
# 945; a sorrendben a reakció erre az összetevőre.
Az eljárás figyelembe veszi az a reakció gátlását, hogy előfordulhat az adszorpciós lépést, oldást szilárd és diffúziós hogy az aktív hely kialakulását egy új fázisú sejtmagok.
ha # 945; = 1-ből, egy általános egyenletet heterogén folyamat sebességét a szabályt, hogy függetlenül attól, hogy a sebességkorlátozó lépést, a sebesség minden szakaszában számszerűen egyenlő a sebességet a leglassabb lépést.
-koncentrációja a gáznemű komponens a gázáramban sejtmagban.
Nyilvánvaló, hogy a fő ellenállás anyagátadási koncentrálódik a régióban a konvektív diffúziós és anyagátadási együttható egyenlő lesz az együtthatók.