План: Стадии гетерогенного хтп скорость гетерогенного хтп общие принципы интенсификации гетерогенных хтп

Характеристика гетерогенных прцессов диффузионных и кинетических состаяниях
План:
1.Стадии гетерогенного ХТП
2.Скорость гетерогенного ХТП
3.Общие принципы интенсификации гетерогенных ХТП
4.Кинетические модели гетерогенных ХТП в системе Г-Т


Стадии гетерогенного ХТП
Гетерогенные ХТП проходят на поверхности раздела двух или нескольких фаз, например, в системах газ-жидкость (Г-Ж), газ-твердое тело (Г-Т), жидкость-твердое тело (Ж-Т), жидкость-жидкость (Ж-Ж, если эти жидкости не смешиваются), твердое-твердое тело (Т-Т), газ-жидкость-твердое тело (Г—Ж—Т) и т.п.. По сравнению с гомогенными, гетерогенные процессы являются значительно более сложными, так как усложняются перенос вещества в объеме фаз и через поверхность их раздела. Именно этот последний признак есть общим для всех гетерогенных процессов: химическому взаимодействию обязательно предшествует перенос реагента в объеме одной фазы к поверхности раздела фаз со следующей диффузией в объем другой фазы.
Способность реагента (или продукта химической реакции) проникать из объема одной фазы через поверхность раздела в объем другой зависит от агрегатного состояния и физических параметров фаз, которые принимают участие в гетерогенном ХТП. Чем меньшая плотность и вязкость фазы, тем интенсивнее в ней будут происходить диффузионные процессы, т.е. она будет "подвижной". Из двух или нескольких фаз наиболее подвижной будет та, плотность и вязкость которой будут наименьшими. В таких системах, как Г-Ж, Г-Т, наиболее подвижной фазой будет, очевидно, газовая; в системе Ж-Т ~ жидкостная; Ж-Ж- жидкость с меньшей вязкостью и, соответственно, меньшим поверхностным натяжением. В системах Т-Т реакции происходят лишь на поверхности контакта, диффузионные процессы при участии реагентов практически отсутствуют, а потому "подвижная" фаза в этом случае отсутствует. Взаимодействие в системе Т-Т отличают из других гетерогенных процессов и рассматривают как отдельный специфический случай - топохимический процесс.
Компоненты более подвижной фазы диффундируют в объем другой, поэтому, такая фаза "передает" реагент другой, поэтому ее называют передающей. Та фаза, в объем которой переходит реагент из передающей фазы, называется принимающая. Принято считать, что передающая фаза есть "внешней", а принимающая - "внутренней" сферой в гетерогенной системе.
Вообще гетерогенный некаталитический процесс, в котором происходит реакция, например, А_г + В_т —> R_т + S_г, (где А_г — газообразный компонент передающей фазы; В_т- твердофазный компонент принимающей фазы) охватывает такие последовательные стадии (рис. 2.19):

1. 
   диффузия реагента в объем передающей фазы к поверхности раздела фаз;
   
2. 
   диффузия реагента в объем принимающей фазы;
   
3. 
   химическое взаимодействие между реагентом из передающей фазы и реагентом принимающей фазы;
   
4. 
   диффузия продукта реакции в объем принимающей фазы к поверхности раздела фаз;
   
5. 
   диффузия продукта реакции в объем передающей фазы.
   

Приведенную схему гетерогенного ХТП называют полной, так как она охватывает все основные стадии процесса. Такой полной схемой описывается, например, горение угля, который состоит из органической (углерод) и негорючей минеральной части, в среде воздуха. Кислород диффундирует к поверхности частички угля, адсорбируется ее поверхностью, диффундирует в объем частички порами и трещинками на встречу с химически активным углеродом, вследствие чего происходит химическая реакция


Рис. 2.19. Схема гетерогенного процесса
При реакции образуется газообразный продукт - оксид углерода (IV), который вследствие разности парциальных давлений внутри твердой частички и над ней в газовой фазе, диффундирует через слой минеральной негорючей части наружу, а потом - в объем воздуха. Но далеко не все гетерогенные процессы являются полными, т.е. охватывают все пять указанных выше стадий. Рассмотрим некоторые примеры таких неполных гетерогенных ХТП.
Если вследствие химического взаимодействия образуется вещество, которое по фазовому (агрегатному) состоянию принадлежит к принимающей фазе или растворяется в ней, то гетерогенный процесс может состоять из меньшего количества стадий: четырех или, даже, трех. Например, в системе Г—Ж образуется продукт, растворимый в жидкости; он диффундирует в жидкой среде, но переход его в газовую фазу не происходит. В частности, при поглощении из воздуха сероводорода водным раствором гидроксида натрия происходит реакция

Образовавшийся натрия гидрогенсульфид очень хорошо растворим в воде, поэтому он диффундирует лишь в растворе, а в воздух - нет. Поэтому такой процесс является четырехстадийным.
Если же в системе Г-Т или Ж-Т образуется твердый продукт, который в объеме твердого вещества, очевидно, не диффундирует, то гетерогенный процесс состоит лишь из трех первых стадий. Такой случай иллюстрируется таким химико-технологическим процессом:

Случаются также случаи, когда практически отсутствует первая стадия гетерогенного процесса. Это происходит, если передающая фаза монокомпонентна и состоит лишь из реагирующего вещества, а продукт реакции остается в принимающей фазе. Примером такого процесса является стадия карбонизации аммонизированного рассола в производстве кальцинированной соды