Концентрация - газообразен реагент - Голямата енциклопедия на нефта и газа, статия, страница 2
Концентрация - газообразен реагент
Нека дифузията към външната повърхност на зърното е най-бавният етап от процеса. Тогава концентрацията на газообразния реагент на външната повърхност на зърното, започвайки от някои стойности на скоростта на реакция върху зърното, ще бъде равна на нула в цялата област, определена от определеното условие. [16]
За всяко естество на потока се запазва основното отношение на стационарен хетерогенен отговор, според което количеството газ, който е реагирал на въглеродната повърхност, е равно на дифузионния поток на реагиращия газ към тази повърхност. В същото време върху въглеродната повърхност се установява определена концентрация на газообразния реагент, чиято стойност се определя от съотношението на скоростите на тези два процеса. [17]
В кинетичното уравнение за реакции, протичащи с промяна в обема, е достатъчно да се вземе предвид или само промяната в концентрацията, или само скоростта на газовия поток в зависимост от промяната в обема на газовата фаза. Тъй като промяната в обема на газовата фаза се взема предвид в израза за концентрацията на газообразния реагент, дебитът на газовия поток W в уравнение (11) се определя като съотношението на началната пространствена скорост Vo при температурата на изпитване към площта на напречното сечение S на реактора. [18]
В общия случай обаче средната движеща сила на процеса на пренос в газовата фаза се определя от условията на експеримента. Така че, ако скоростта на подаване на частици се намали, тогава концентрацията на газообразния реагент се увеличава. Следователно, степента на превръщане на твърдите вещества и концентрацията на газообразния реагент на изхода и вътре в слоя са взаимозависими, следователно, пълен анализ на състоянието на кипящия слой изисква да се вземат предвид и двете от тези явления. [19]
Тъй като системата е затворена, реакцията протича припроменливо налягане и състав на газообразните компоненти. Това значително усложнява интерпретацията на получените резултати, което е свързано с влиянието върху скоростта на процеса на концентрациите на изходните газообразни реагенти и газообразните продукти на реакцията. [20]
В общия случай обаче средната движеща сила на процеса на пренос в газовата фаза се определя от условията на експеримента. По този начин, ако скоростта на подаване на частици се намали, концентрацията на газообразния реагент се увеличава. Следователно, степента на превръщане на твърдите вещества и концентрацията на газообразния реагент на изхода и вътре в слоя са взаимозависими, следователно, пълен анализ на състоянието на кипящия слой изисква да се вземат предвид и двете от тези явления. [21]
Въз основа на опита от предишните проблеми можем веднага да заключим, че дифузията на газ през слой от твърд продукт трябва да се разглежда от гледна точка на външен проблем и ако тази дифузия се окаже бавен етап, процесът като цяло ще протече квазистационарно. Въпреки това уравнение (6) не е приложимо в този случай, тъй като дебелината L на слоя твърд продукт се увеличава с времето. Нека изведем уравнението за кинетиката на реакцията, протичаща в областта на дифузия, когато концентрацията на газообразния реагент в края на слоя твърд продукт е близо до нула. [22]
Кинетиката и механизмът на взаимодействие на въглерод с газифициращи агенти все още не са окончателно установени. Недвусмислено е доказано само, че в зависимост от условията на процеса неговата скорост може да бъде ограничена или чрез дифузия на газообразни реагенти от сърцевината на потока към повърхността на частицата и вътре в нейните пори, или чрез химическа реакция на оксиданти с въглерод върху повърхността на частицата. В първия случай (област на дифузия) скоростта на химичната реакция е много по-висока от скоростта на дифузия; следователно на повърхността на частицата концентрацията на газообразнина реагента е близо до нула, тъй като всички негови молекули, които са проникнали през дифузионния филм към повърхността на частицата, веднага реагират с въглерод. Във втория случай (кинетичната област), поради намалената скорост на химичната реакция в сравнение с дифузията, концентрацията на газообразния реагент върху повърхността на частицата и в ядрото на потока е практически еднаква. [24]
В газовата фаза може да има сероводород, серен диоксид, серни пари и вода. В условията на реални технологични процеси променливи са не само температурата, която определя възможността за осъществяване на определени химични реакции, но и концентрациите на твърди и газообразни реагенти, в зависимост от мощността на входящите потоци и скоростите на взаимодействията, така че е необходимо да се изследва качественият и количественият състав на продуктите на изпичане при различни условия. [25]
За да оценим ефекта от интрадифузионното забавяне, отбелязваме, че той трябва да бъде максимален в момента на максимална наблюдавана скорост на реакция. По-горе установихме, че максималната наблюдавана скорост на реакцията съответства на фазата на максималната скорост в участъка на пората на модела, съседен на устата му. В този случай приносът към наблюдаваната скорост на реакция от областите на порите, които са по-отдалечени от устата, трябва да бъде много малък, както поради ниската концентрация на газообразния реагент, така и поради факта, че сърцевините на фазата на твърдия продукт за тези региони са все още относително малки и съответно скоростта на реакцията също е ниска. [27]
Кинетиката и механизмът на взаимодействие на въглерод с газифициращи агенти все още не са окончателно установени. Недвусмислено е доказано само, че в зависимост от условията на процеса неговата скорост може да бъде ограничена или чрез дифузия на газообразни реагенти от сърцевината на потока към повърхносттачастици и вътре в порите му, или чрез химическата реакция на окислителни агенти с въглерод на повърхността на частиците. В първия случай (област на дифузия) скоростта на химическата реакция значително надвишава скоростта на дифузия, следователно концентрацията на газообразния реагент върху повърхността на частиците е близка до нула, тъй като всички негови молекули, които са проникнали през дифузионния филм към повърхността на частиците, веднага реагират с въглерод. Във втория случай (кинетичната област), поради намалената скорост на химичната реакция в сравнение с дифузията, концентрацията на газообразния реагент върху повърхността на частицата и в ядрото на потока е практически еднаква. [29]
В този случай скоростта на реакцията е пропорционална на средното геометрично на константата на скоростта на реакцията и коефициента на дифузия. Тъй като последното зависи много слабо от температурата, наблюдаваната енергия на активиране ще бъде половината от истинската си стойност. Съответстващата макрокинетична област на реакцията се нарича интрадифузионна област. Скоростта на реакцията, протичаща в областта на интрадифузията, също зависи от размера на зърната на твърдия материал и от средния радиус на порите. Тази стойност съответства на факта, че концентрацията на газообразния реагент в центъра на зърното е близка до нула. [тридесет]