Типи процесів

У процесі, що протікає через послідовні ланки, швидкість найповільнішої ланки визначає швидкість всього процесу. Така ланка називається лімітуючою, воно має якнайменшу константу швидкості. Залежно від співвідношень констант швидкостей різних ланок розрізняють наступні режими протікання процесу.

I. Внешнедіфузійний режим. Процес лімітується зовнішньою дифузією, в нашому випадку – доставкою кисню до поверхні коксу, тобто b << К_К. Тому в рівнянні перший доданок невимірний більше другого, яким можна знехтувати і одержимо К_Н» b. Таким чином, весь кисень, який поступає до поверхні витрачається на реакцію горіння. Швидкість горіння визначається доставкою кисню до поверхні коксу. Кисень інтенсивно витрачається на зовнішній поверхні коксу, і його майже не залишається для проникнення в пори.

2. Внутредіфузійний режим. Усередині коксу кисень поволі проникає в пори і нагромаджується на зовнішній поверхні шматків. В стаціонарному режимі концентрація на поверхні с_пов стає рівної с_об. Дифузійний потік через дифузійний шар сповільнюється і швидкість його наближається до швидкості витрачання кисню. Реакційна зона розповсюджується на невелику частину шматка коксу. В порах кисень діфундірує набагато повільніший, ніж використовується по хімічній реакції, і усередині шматка коксу його концентрація швидко убуває.

3. Внутрекінетичний режим. Реакційна зона розповсюджується на весь об'єм шматка коксу, усередині якого концентрація кисню падає трохи. Цей режим виникає при горінні дрібних шматків коксу, що має порівняльно крупні пори. Реакція горіння здійснюється з майже однаковою швидкістю на всій внутрішній поверхні, яка стає як би рівнодоступною. Спостережувана константа швидкості співпадає з константою швидкості хімічної реакції.

4. Внешнекінетічний режим. Лімітуючою ланкою є хімічна реакція на поверхні, b >> К_К. Цей випадок виникає тоді, коли в шматку речовини майже відсутні пори, тут маємо К_Н» К_К реакція йде виключно на зовнішній поверхні.

На практиці часто реалізуються змішані режими, в які включаються перехідні області, а вказані вище режими реалізуються рідко. Частіше спостережувана швидкість процесу характеризується як дифузійними, так і кінетичними характеристиками. На рис. 3.9 показана теоретична залежність констант швидкостей окремих ланок процесу від температури.

Рис. 3.9 - Залежність констант швидкостей реакції від температури: КК – константа швидкості хімічної взаємодії; b – константа швидкості дифузії; КН – спостережувана константа швидкості

У області I К_К << b процес лімітується кінетичною стадією – хімічною взаємодією. В області III при високих температурах процес обмежується дифузією, оскільки К_К >> b. Область II – режим змішаного контролю. Лінія К_Н відповідає зміні спостережуваної константи швидкості. При низьких температурах вона майже співпадає з константою швидкості хімічної реакції, при високих температурах – з дифузійними.

Можна зробити загальні рекомендації по інтенсифікації металургійних процесів з участю газової, твердої або рідкої фаз. Спочатку визначають лімітуючу ланку процесу. Якщо процес лімітується кінетичною стадією, то для прискорення процесу потрібно підвищувати температуру, використовувати каталізатори, збільшити питому поверхню матеріалу шляхом подрібнення, продуванням газу через рідкий розплав, продуванням порошкоподібних матеріалів або вдуванням розпиляного палива і використовувати речовини з підвищеною пористістю. При контролі дифузійної області рекомендується подрібнювати матеріал, використовувати речовини з розвиненими порами, підвищувати швидкість газових потоків і ступінь їх тербулентності.

Дата добавления: 2014-11-20