ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Кинетика гетерогенных процессов
Как показывают исследования, любой гетерогенный процесс в общем случае состоит из нескольких стадий:
- диффузия реагента к поверхности раздела фаз (в зону реакции);
- адсорбция реагента на реакционной поверхности;
- собственно химический акт взаимодействия исходных веществ;
- десорбция продуктов реакции с границы раздела фаз; - диффузия продуктов взаимодействия из зоны реакции.
Расшифровка всех элементарных стадий гетерогенного и (в отдельных случаях, например в цепных реакциях) гомогенного процессов, закономерностей, которым эти стадии подчиняются, дает возможность судить о механизме химических реакций.
Общая скорость гетерогенного процесса определяется обычно скоростью наиболее медленной (лимитирующей) стадии. Если наиболее медленной является диффузионная стадия, то говорят о диффузионном характере процесса, о том, что он лимитируется диффузией, протекает в диффузионной области. Если наиболее медленными являются адсорбционно- десорбционно-химические стадии, то говорят о кинетическом характере процесса, о его протекании в кинетической области. При примерном равенстве скоростей диффузионного и химического взаимодействия процесс находится в переходной области.
К гетерогенным реакциям в кинетической области могут быть применены уравнения гомогенных реакций с тем отличием, что действующей концентрацией является не объемная, а поверхностная. Поведение гетерогенных реакций в диффузионной области подчиняется основным закономерностям диффузионных процессов.
Диффузионную и кинетическую области реакций можно отличить по ряду признаков. Вот некоторые из них:
А) величины энергии активации, которые в диффузионной области не превышают 30 кДж/моль, в кинетической составляют не менее 40 кДж/моль;
Б) перемешивание, турбулизация и т. п. влияют на скорость реакции в диффузионной области и не сказываются на ней при кинетическом характере процесса;
В) температура гораздо существеннее влияет на скорость реакции в кинетической области (изменение в 2.4 раза на каждые 10°С);
Г) всегда первый порядок реакции в диффузионной области и произвольный (от 0 до 2) - в кинетической.
В какой области (кинетической, диффузионной, переходной) протекает процесс, определяется как его природой, так и условиями осуществления (температурой, интенсивностью перемешивания и др.). Изменяя их, можно перевести процесс из одной области в другую. Высокотемпературные процессы, например, с участием расплавов, идут обычно в диффузионной области, низкотемпературные могут иметь сильные кинетические затруднения. Повышение температуры приводит, в конечном счете, к переводу процесса из кинетического режима в диффузионный вследствие большего влияния этого фактора на собственно химический акт взаимодействия в сравнении с диффузией.
Знание режима, в котором протекает реакция, имеет важное практическое значение. Это позволяет грамотно определить параметры, наиболее эффективно влияющие на скорость гетерогенного процесса в целом (ускоряющего или замедляющего его).
В кинетической области весьма продуктивно изменение температуры и малоэффективны мероприятия, связанные с интенсификацией перемешивания, со скоростью 'подвода реагентов и т. п. В диффузионной области влияние рассмотренных факторов противоположно.