ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Кинетика реакций гетерогенного катализа

Гетерогенное каталитическое превращение является сложным мно­гоступенчатым процессом, включающим диффузию исходных реагентов из ядра газового потока к поверхности гранул катализатора (внешняя диф­фузия), проникание этих веществ в порах катализатора к активным цен­трам его внутренней поверхности (внутренняя диффузия), активированную адсорбцию продиффундировавших реагентов поверхностью катализатора с образованием поверхностных химических соединений, химическое взаи­модействие адсорбированных веществ c образованием новых продуктов, десорбцию продуктов и их перенос к наружной поверхности гранул ката­лизатора (внутренняя диффузия) и затем от этой поверхности в ядро газо­вого потока (внешняя диффузия).

Во внешнедиффузионной области скорость реакции определяется скоростью (dGA / dr) переноса компонента к поверхности зерен катализа­тора:

F'^t=вг (Ca - Ca (58)

Где F - внешняя поверхность частицы катализатора; рг - коэффициент массоотдачи в газовой фазе; СА, СА - концентрации компонента А в газовом потоке и его равновесная концентрация на поверхности частицы катализа­тора.

Интенсивность или скорость каталитического превращения может быть выражена через количество конвертируемой в единицу времени т примеси GA или количества образующегося в единицу времени продукта Gn каталитического взаимодействия:

W = dGA / dT = - k - AC ; W = dG П / dT = к AC, (5.9)

Где k - константа скорости процесса; АС - движущая сила процесса, пред­ставляющая согласно закону действия масс произведение концентрацией реагирующих веществ.

Константа скорости каталитического превращения при данной тем­пературе является функцией констант скоростей прямой, обратной и по­бочной реакций, а также коэффициентов диффузии исходных реагентов и продуктов их взаимодействия. Скорость гетерогенного каталитического процесса определяется относительными скоростями отдельных его стадий и лимитируется наиболее медленной из них.

Для внутридиффузионной области и реакции первого порядка сум­марную скорость каталитического процесса находят, комбинируя уравне­ние массопередачи с уравнением диффузии и реакции внутри частицы:

1 DGA = к • с 0 • э

А • ЭС, (5.10)

V dT

Ч

Где VH - объем частиц катализатора; к - константа скорости реакции, отне­сенная к 1 м3 катализатора; эс = с а / с А ; С a - средняя концентрация компонента А внутри поры; сА - максимально возможная концентрация

Компонента А у поверхности катализатора; С a - начальная концентрация компонента.