Гетерогенные процессы. Характеристика гетерогенных ХТП.
В гетерогенных системах состоящих из 2-х и более фаз компоненты находятся в разных фазах, поэтому гетерогенные процессы связаны с переносом веществ через поверхность раздела фаз.
Классификация гетерогенных процессов:
Наиболее целесообразно систематизировать ХТП по фазовому состоянию реагентов. Кроме того, гетерогенные ХТП можно рассматривать, как процессы физического и физико-химического характера, связанные только с фазовыми переходами. А процессы химические, в которых массообмен между фазами сочетается с хим. реакциями.
1..Абсорбцией называется поглощение газа жидкостью с образованием раствора. Абсорбция происходит при непосредственном соприкосновении жидкости и газа, причем газовые молекулы проникают в жидкость.
2. Десорбция – процесс, обратный абсорбции, заключается в выделении из жидкости растворенного в ней газа. При десорбции переход компонентов из раствора в газ происходит либо вследствие нагревания жидкости, либо в потоке инертного газа или водяного пара.
3. Испарение растворителей из растворов называют выпаркой. Выпарке подвергают раствор, состоящий из летучего растворителя и нелетучего растворенного вещества. Выпарку проводят с целью повышения концентрации раствора. Процесс ведут при нагревании раствора чаще всего под вакуумом с целью понижения упругости паров растворителя.
4. Конденсация – переход пара или газа в жидкость, осуществляется при охлаждении или сжатии газов. Конденсацию газовых компонентов из газовой смеси при умеренном или глубоком охлаждении называют сжижением газов.
|
|
|
5. Дистилляция – разделение смеси летучих жидкостей на компоненты путем их испарения при нагревании с последующей конденсацией образующихся паров.
Гетерогенные процессы многостадийны, скорости отдельных стадий, составляющих гетерогенный процесс могут различаться и по разному зависеть от изменения параметров технологического режима.
Кинетическая модель гетерогенного процесса в системе газ - твёрдое вещество.
 |
Одной из распространённых моделей является модель с фронтальным перемещением зоны реакции. Согласно этой модели химическая реакция протекает сначала на внешней поверхности частицы до тех пор, пока внешний слой твердого реагента полностью не превратится в соответствующие твёрдые и газообразные продукты реакции. Более глубинные слои в реакцию не вступают. Постепенно химическая реакция продвигается внутрь, оставляя за собой твердые продукты реакции и инертную часть твердого исходного реагента (золу). В произвольный момент времени твердая частица представляет собой внутреннее ядро, окруженное химической оболочкой непрореагировавшего реагента. Окружающая его оболочка состоит из инертных веществ. Гетерогенный процесс, описываемый моделью с фронтальным перемещением зоны реакции можно разделить на 5 основных стадий:
|
|
|
1. внешняя диффузия-подвод реагента к поверхности твёрдой частицы.
2. внутренняя диффузия-проникновение газообразного реагента через поры твёрдого продукта реакции
3. химическая реакция на поверхности непрореагировавшего ядра
4. внутренняя диффузия газообразных продуктов через слой твёрдых продуктов
5. внешняя диффузия газообразных продуктов в ядро газовых потоков
4 и 5 стадии в ряде случаев можно исключить, если протекающая химическая реакция необратима
Внешняя диффузия
В результате протекания химической реакции концентрация газообразных реагентов на поверхности твердой частицы ниже, чем в ядре газовых потоков. Перенос газообразного реагента из ядра газового потока к поверхности твердой частицы через граничную газовую пленку осуществляется за счет молекулярной диффузии, а также за счет движения с газовой средой в направлении, совпадающем с направлением потока. Это называется конвективным переносом.
|
|
|
Суммарный перенос вещества за счет молекулярной диффузии и конвективного переноса называется конвективной диффузией.
Коэффициент массопередачи внешней диффузии через реальную газовую пленку с известной толщиной пленки δ можно определить, если известен коэффициент молекулярной диффузии. 
где β - коэффициент массопередачи
D - коэффициент молекулярной диффузии
d - толщина пленки
Для увеличения коэффициента массопередачи нужно:
- увеличить коэффициент молекулярной диффузии
- уменьшить толщину пленки
Коэффициент молекулярной диффузии определяется в основном молекулярной природой веществ, а также температурой и давлением процесса.
Внутренняя диффузия.
Если в результате гетерогенных взаимодействий газообразного и твёрдого реагента наряду с газообразными образуются и твёрдые продукты, то основной стадией будет являться внутренняя диффузия, т.е. проникновение газообразного реагента через слой твёрдых продуктов в поверхность ядра, на которой осуществляются химические взаимодействия. Т.к. слой твёрдых продуктов реакции представляет определенное сопротивление переносу газообразного реагента из пограничной газовой пленки поверхности ядра, то концентрация этого реагента по мере движения к поверхности ядра будет уменьшаться от С1 на внешней поверхности твердой частицы до С2 на поверхности ядра.
|
|
|
Если толщина слоя золы велика, то можно условно считать
где R – внешний радиус твердой частицы
r – радиус ядра, уменьшается по мере протекания процесса
Тогда скорость внутренней диффузии
wd = b(с1-с2)
Существенно увеличить коэффициент диффузии достаточно сложно, следовательно нужно идти по пути снижения толщины слоя твердых продуктов реакции R-r
Максимальная величина толщины верхнего слоя равна R (при r=0). Уменьшение размеров твёрдой частички автоматически приводит к снижению слоя твердых продуктов, т.е. к увеличению коэффициента массопередачи.
Таким образом измельчение твёрдых частиц – это основной путь интенсификации внутренней диффузии.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1228; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!