А. Т. Сағынаев МҰнай мен газдың физикасы және химиясы
Сурет 11.1. Энергияның реакция жүру жолынан тәуелділігі
жүктеу/скачать 6,98 Mb. Pdf көрінісі
|
S4
- Бұл бет үшін навигация:
- 11.4. Газды фазада жүретін реакциялардың кинетикасы
|
Сурет 11.1. Энергияның реакция жүру жолынан тәуелділігі а – катализатордың қатысынсыз; б – катализатордың қатысында; ΔІ – реакцияның жылу эффектісі; Е – катализатордың қатысынсыз жүретін реакцияның активтену энергиясы, Е 1 , Е 2 – катализатордың қатысында жүретін реакция сатыларының активтену энергиясы 11.4. Газды фазада жүретін реакциялардың кинетикасы Реагенттердің газды фазада қатты катализатор бетінде жүретін реакциясы келесідей сатылардан тұрады: 149 • реагенттердің газ ағынынан катализатордың беткі қабатына диффузиясы (сыртқы диффузия); • реагенттердің катализатор тесікшелеріне диффузиясы (ішкі диффузия); • катализатор бетінде реагенттердің адсорбциясы; • катализатор бетінде химиялық реакциялардың жүруі; • реакция өнімдерінің десорбциясы; • реакция өнімдерінің катализатор тесікшелеріне диффузиясы; • реакция өнімдерінің катализатор бөлшектерінің сыртқы бетінен газ ағынына диффузиясы. Қалыптасқан режимде барлық сатылардың жылдамдықтары бірдей болады. Дегенмен сатылардың біреуі жалпы процестің жылдамдығын реттейді. Бұл сатының жылдамдығы берілген жағдайда шектеулі және басқа сатылардың жылдамдығын арттырғанмен өзгермейді. Сондықтан жалпы процестің жылдамдығы шектеуші сатының жылдамдығына тең болады. Қай сатының шектеуші болып табылуына байланысты, реакцияның жүру аймақтарын анықтайды: сыртқы диффузиялы, ішкі диффузиялы және т.б. болып бөлінеді. Сыртқы диффузиялы аймақ. Газ ағынынан катализатор бетіне диффузиялану жылдамдығы (w) Фиктің бірінші заңымен сипатталады: 𝑤 = 𝐷 м 𝛿 эфф · 𝑆(𝐶 − 𝑐) мұндағы D м – молекулалық диффузияның коэффициенті; S – катализатордың беткі қабаты; C – газ көлеміндегі реагенттің концентрациясы; с – катализатор бетіндегі реагенттің концентрациясы; δ эфф – диффузия өтетін шекара қабаттың эффективті қалыңдығы. Бұл қабаттың сыртқы бетіндегі реагенттің концентрациясы оның газ ағынындағы концентрациясына тең және конвективті диффузия нәтижесінде қамтамасыз етіледі. Егер сыртқы диффузия жылдамдығы басқа сатылардың жылдамдығын шектесе, онда С ≥ с және (С-с) ≈ С. Газдардың кинетикалық теориясы молекулалық диффузияның коэффициенті үшін келесідей формула береді: 𝐷 м = 1 3 𝑢𝑙 мұндағы u – молекула қозғалысының орташа жылдамдығы; l – молекуланың еркін қозғалысының орташа ұзындығы; 𝑢 = ( 8𝑘𝑇 𝜋𝑚 ) · 1 2 ; 𝑙 = 𝑘𝑇√2 · 𝑑 2 · 𝑝 ; k – Больцман тұрақтысы; Т – абсолютті температура; m – молекула массасы; d – молекула диаметрі; p – газ қысымы. 150 Молекулалық диффузия коэффициенті 1,5 дәрежеде температураға пропорционал, яғни температураға өте аз дәрежеде тәуелді, қысымға, диффузияланған заттың молекулалық массасына 0,5 дәрежеде және молекула диаметрінің квадратына кері пропорционал болады. Шекаралық қабаттың эффективті қалыңдығы катализатор бөлшегінің формасынан және ағынның гидродинамикасынан тәуелді және теория жүзінде анықталмайды. Сондықтан да масса-тасымалы коэффициенті деп аталатын D м/δ = β мәні, тәжірибе жүзінде ғана анықталады. Ішкі диффузиялық аймақ . Көп тесікшелі катализатордың тесікшелі беткі қабаты іс жүзінде барлық реакциялар жүретін беткейді толығымен қамтиды, катализатор бөлшектерінің сыртқы беткейі негізінен 0,01% аспайды. Егер реакция сыртқы диффузиямен салыстырғанда баяу жүретін болса, онда реагент молекулалары катализатор тесікшелеріне диффузияланады. Тесікшелер қабырғаларымен соқтығыса отырып, олар белгілі бір дәрежеде адсорбцияланады және әрекеттеседі; нәтижесінде тесікшелер бойындағы реагенттердің концентрациясы төмендейді. Реакция неғұрлым тез жүретін болса, онда тесікшенің басталатын жерінен көп ұзамай реагенттің концентрациясы нөлге тең болады және реакция тек қана тесікшенің беткі бөлігінде ғана жүреді. Реакцияның осындай жүру механизмін жүктеу/скачать 6,98 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|