Кінетичні закономірності горіння твердого вуглецю

Схема процесу горіння вуглецю зображена на рис.3.8.

Шматок коксу омивається потоком повітря. В об'ємі потоку завдяки турбулентному перемішуванню концентрація кисню скрізь однакова, біля поверхні коксу є тонкий шар газу, швидкість якого рівна нулю. Цей тонкий шар називається дифузійним шаром і має товщину d. У шарі відбувається зміна концентрації кисню від с_об до с_пов, де с_об – концентрація в об'ємі газу, тобто на зовнішній поверхні шару d; с_пов – концентрація на поверхні коксу.

Рис. 3.8 – Схема горіння коксу в потоку повітря

У поверхні коксу концентрація кисню с_пов буде менше, ніж концентрація в об'ємі с_об, завдяки протіканню реакції взаємодії з вуглецем. Градієнт концентрацій кисню забезпечує дифузію кисню до поверхні коксу. Це зовнішня дифузія. Оскільки кокс є пористою речовиною, то відбувається дифузія кисню в порах – це внутрішня дифузія. Підведений до поверхні коксу кисень адсорбується на поверхні і утворює поверхневі комплекси. Відбувається хімічна реакція взаємодії, сумарно об'єднуюча процес адсорбції кисню і утворення хімічних з'єднань СО і СО_2. Молекули оксидів вуглецю, що утворилися, десорбіруються з поверхні коксу, діффундують через дифузійний шар і відводяться в ядро газового потоку, в якому їх концентрація усереднюється.

Потік кисню до одиниці поверхні (швидкість підведення n_Д) коксу: n_Д = b· (с_об – с_пов), де b – коефіцієнт масопереносу, рівний D/d. Коефіцієнт b називають константою швидкості дифузії, вимірюється в см/с. Швидкість хімічної реакції взаємодії вуглецю з киснем рівна n_К = К_К × с_пов, де К_К – константа швидкості адсорбційно-хімічної стадії. Цю стадію називають кінетичною. Швидкість n_к теж відноситься до одиниці поверхні.

Коли процес стає стаціонарним, то швидкості послідовних ланок рівні один одному, а також і загальній швидкості процесу. Цю загальну швидкість назвемо спостережуваною

n_спос = n_Д = n_К.

Концентрація на поверхні встановлюється на такому рівні, щоб забезпечувалася ця рівність n_спос = n_Д = n_К. Тогда b· (с_об – с_пов) = К_К · с_пов. Невизначену поверхневу концентрацію с_пов можна замінити її об'ємною концентрацією с_об: . Спостережувана швидкість буде рівна . Концентрація в об'ємі доступна для безпосереднього вимірювання.

Значення є постійною величиною, вона може бути позначена К_Н – константа швидкості процесу, спостережувана в ході досвіду. Таким чином, , де або .

Зворотна величина спостережуваної константи рівна сумі зворотних значень констант швидкостей послідовних становлючих ланок. Це відповідає процесам, що складаються з будь-якого числа послідовно стадій, які протікають. Величина, зворотна константі швидкості, називається опором ланки. Загальний опір процесу рівний сумі опорів окремих ланок.

Дата добавления: 2014-11-20