Процессы, протекающие во внешнедиффузионной области

При протекании процессов во внешнедиффузионной области лимитирующей стадией является массопередача реагентов из потока к наружной поверхности раздела фаз.

Перенос вещества осуществляется в результате молекулярной диффузии, характеризующей движение масс газа или жидкости вследствие механического воздействия.

Основные признаки протекания процесса во внешнедиффузионной области: а) сильное влияние линейной скорости потока или интенсивности перемешивания на наблюдаемую скорость процесса при постоянстве времени контакта фаз; б) слабая зависимость влияния температуры на скорость процесса, обусловленная низким значением энергии активации; в) наблюдаемый порядок реакции не превышает 1, независимо от истинного порядка реакции; г) наличие градиента температур между потоком и внешней поверхностью твёрдого вещества при проведении реакций с тепловым эффектом.

Внутридиффузионная область протекания процессов

Протекание процессов во внутридиффузионной области наиболее часто наблюдается в системе

Г-Т, или Ж-Т, если твердое вещество является пористым, лимитирующей стадией в этом случае будет диффузия реагентов или продуктов реакции в порах. Скорость химической реакции в данном случае ограничивается возможностями доставки реагентов к внутренней поверхности, то говорят о внутридиффузионном торможении процесса. Внутридиффузионные торможения при неизменных условиях проведения процесса ослабляются с уменьшением длины пор.

Характерные признаки протекания процессов во внутридиффузионной области: а) сильная зависимость скорости процесса от размера частиц твердого материала, связанная с ослаблением внутридиффузионных торможений с уменьшением и соответственно средней длины пор; б) незначительное влияние температуры на скорость процесса, особенно при мелкопористой структуре твердого вещества, диффузия в котором протекает по механизму Кнудсена; в) изменение порядка реакции и энергии активации при изменении условий протекания процесса (Т, Р, С…); г) наличие градиента температур внутри пористого твердого материала. Разность температур между внутренней и внешней поверхностью может превышать 100 градусов при высоком тепловом эффекте и низкой теплопроводности материала пористого тела.

Кинетическая область протекания процессов

При протекании процессов в кинетической области стадия химической реакции является лимитирующей, и её скорость определяет скорость процесса в целом. Диффузионные торможения в этом случае отсутствуют, и скорость процесса рассчитывают, используя методы истинной или формальной кинетики, по кинетическим уравнениям.

Основные признаки протекания процессов в кинетической области: а) сильная зависимость скорости процесса от температуры, описываемая уравнением Аррениуса. При этом энергия активации, как правило, велика и при уменьшении температуры в большинстве случаев практически не изменяется; б) независимость скорости процесса от линейной скорости газа или жидкости (при сохранении неизменным времени контакта) и интенсивности перемешивания (при проведении процесса в замкнутом объеме), а для высокопористых материалов – от размера частиц.