ЛЕКЦИЯ 8

Более распространенной является модель с фронтальным перемещением зоны реакции.Согласно этой модели химическая реакция сначала протекает на внешней поверхности частицы, и до тех пор, пока внешний слой твердого реагента полностью не превратиться в соответствующие твердые продукты реакции, более глубинные слои не вступают в реакцию. Постепенно зона химической реакции продвигается внутрь, оставляя за собой твердый продукт реакции и инертную часть исходного твердого вещества (золу). В произвольный момент времени твердая частица представляет собой внутреннее ядро, окруженное внешней оболочкой. Ядро состоит из непрореагировавшего реагента (поэтому эту модель иногда называют моделью с непрореагировавшим ядром). Окружающая его оболочка состоит из твердого продукта и инертных веществ.

	CB C0

а б в

Рисунок 16. Профиль изменения концентрации твердого реагента В по мере протекания гетерогенного процесса, описываемого моделью с фронтальным перемещением зоны реакции: а – до реакции; б – в промежуточный момент реакции; в – почти полностью превращенная частица.

Гетерогенный процесс, описываемый моделью с фронтальным перемещением зоны реакции, можно разделить на пять основных стадий.

1. Внешняя диффузия – подвод реагента к поверхности твердой частицы через слой газа, обедненный этим компонентом.

2. Внутренняя диффузия – проникновение газообразного реагента через поры твердого продукта реакции к ядру твердого реагента.

3. Химическая реакция на поверхности непрореагировавшего ядра.

4. Внутренняя диффузия газообразных продуктов через слой твердых продуктов.

5. Внешняя диффузия газообразных продуктов в ядро газового потока.

Стадию 4 и 5 в ряде случаев из рассмотрения можно исключить, например когда отсутствуют газообразные продукты реакции или когда протекающая химическая реакция является необратимой.

Все эти явления (стадии) протекают в соответствующей последовательности и их можно считать цепочкой последовательных сопротивлений тормозящих суммарную реакцию. Вследствие этого любой этап с максимальным сопротивлением рассматривается как лимитирующая стадия.

При анализе процесса необходимо выбирать один фактор, который определяет скорость взаимодействия газа с твердой частицей и который является наиболее чувствительным к изменению условий проведения процесса.

Мы рассмотрим только необратимые химические реакции при отсутствии этапов 4 и 5, и только для сферических частиц. Моделирование уравнений для частиц другой правильной формы (цилиндр, таблетки) не вызывает особых затруднений. При частицах с неправильной геометрической формой, анализ модели химического взаимодействия представляет собой сложную задачу.

Итак, определим скорость взаимодействия отдельной сферической частицы при условии переноса реагентов через пограничную пленку и при диффузии их через слой продуктов реакции.