Aplikované chemické procesy. Heterogenní nekatalyzované reakce

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Aplikované chemické procesy. Heterogenní nekatalyzované reakce"

Božena Matoušková
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 plikované hemiké proesy Heterogenní nekatalyzované reake

2 Heterogenní nekatalytiké reake plyn nebo kapalina dostávají do styku s tuhou látkou a reagují s ní, přičemž se tato látka mění v produkt. a ( tekutina ) + b ( tuhá látka ) tekuté produkty tuhé produkty tekuté a tuhé produkty

3 Heterogenní nekatalytiké reake

4 Heterogenní nekatalytiké reake jednoduhé, idealizované modelové představy hledání výrazu pro reakční ryhlost. model kontinuální reake, zrnový model model nezreagovaného jádra.

5 Heterogenní nekatalytiké reake Veliký průmyslový význam Pražení sulfidovýh rud např. 2 ZnS + 3 O 2 2 ZnO + 2 SO 2 Výroba kovů z oxidů Fe 3 O H 2 3Fe + 4 H 2 O Pokovování kovů Příprava vodíku

6 Model kontinuální reake

7 Model kontinuální reake omezujíí předpoklady tuhé částie jsou monodisperzní a kulového tvaru předpokládá se pseudostaionární stav hemiká reake je 1.řádu vzhledem k tekutému reaktantu a její ryhlost nezávisí na konentrai výhozí tuhé látky efektivní difusní koefiienty a koefiienty přenosu hmoty se během reake nemění tloušťka reakční zóny je během stadia postupu konstantní je použit velký přebytek tekuté fáze oproti stehiometrii rozdělení tuhé látky v částiíh je homogenní

8 Zrnový model

9 Zrnový model omezujíí předpoklady tuhý reaktant je tvořen zrnem kulového tvaru, poloměr zrna se během reake nemění částie v zrnu jsou kulového tvaru a tento tvar se během reake nemění. zrno je porézní, ale jednotlivé částie tuhého reaktantu jsou neporézní; porézní je pouze tuhý produkt, který se vytváří kolem částie vrstva tuhého produktu neklade odpor tekutině sintrování se předpokládá pouze u tuhého produktu sintrování působí na difusní koefiient v makroporeh, ale ne na difúzní koefiient ve vrstvě produktu uvažuje se hemiká reake 1. řádu vzhledem k tekutině předpokládá se pseudoustálený stav teplotní gradient uvnitř částie je zanedbán; uvažují se teplotní gradienty v rámi zrna tepelná vodivost zrna nezávisí na rozsahu reake

10 Model nezreagovaného jádra

11 Model nezreagovaného jádra 1. krok : Difuse tekutiny filmem, obklopujíí částii k povrhu tuhé látky 2. krok : Proniknutí a difuse látky inertní vrstvou k povrhu nezreagovaného jádra t.j. k reakčnímu povrhu 3. krok : Chemiká reake tekutiny s tuhou látkou 4. krok : Difuse tekutýh produktů inertní vrstvou zpět k povrhu tuhé látky 5. krok : Difuse tekutýh produktů filmem zpět do hlavního proudu tekutiny

12 Model nezreagovaného jádra by reake proběhla, musí jednotlivé kroky na sebe navazovat; předpokládá se, že jejih odpory následují za sebou. Lze tedy uvažovat vždy ten z kroků, který poskytuje největší odpor, považovat za určujíí. Omezujíí předpoklady pro další odvození jsou: a) Chemiká reake se uvažuje elementární a nevratná podle rovni 1,2 nebo 3 b) Částie je kulového tvaru určujíí krok difuze filmem difuze inertní vrstvou hemiká reake.

13 Model nezreagovaného jádra určujíí krok difuze filmem

14 Model nezreagovaného jádra určujíí krok difuze filmem - dn /dτ = 4πR 2 k = konst., r /R=0 k R d dr r M π τ υ ρ υ π = dn r M dr = 4 2 π ρ = R r M k R υ ρ ν τ k M k R υ ρ ν τ 3 =

15 Model nezreagovaného jádra určujíí krok difuze inertní vrstvou

16 Model nezreagovaného jádra určujíí krok difuze inertní vrstvou dn = J = J = J dτ r R dn = 4πr 2 j = 4πr 2 j = 4πR 2 j dτ r s dn d = 4πr 2 Def, = konst. dτ dr r dn dr. 2 = 4πd, dτ r R ef = 0 = d s dn 1 1 = dτ r R 4 πd, ef

17 Model nezreagovaného jádra určujíí krok difuze inertní vrstvou 2 4πυ ρ r dr 1 1 = 4πD υ M dτ r R. ef, τ υ ρ R = ν r + r MD, ef R R τ k = ν υ ρ M D R 6, ef 2

18 Model nezreagovaného jádra určujíí krok hemiká reake

19 Model nezreagovaného jádra určujíí krok hemiká reake dn ν dn = = dτ ν dτ 4 2 πr k ν ρ ν M dr. = k dτ τ ν ρ = ν M k ( R r ) τ k = ν ν ρ R M k

20 Model nezreagovaného jádra určujíí krok hemiká reake

21 Heterogenní nekatalytiké reake návrhy reaktorů Výpočet reaktorů systému tuhá látka tekutina je v podstatě určen: Reakční kinetikou jednotlivýh části Rozložením velikosti těhto části Uspořádáním toku části a tekutiny v reaktoru Většinou není kinetika dobře známa a vyhází se z experimentálníh měření a zkušeností.

22 Heterogenní nekatalytiké reake návrhy reaktorů Třídění podle uspořádání toků: Tuhá látka a tekutina, obě fáze v pístovém toku. V průběhu se mění složení látek, obyčejně se jedná o neizotermní reake. Styk fází je řešen mnoha způsoby: Protiproudý tok Souproudý tok Příčný tok Kombinae ( reaktor s pohyblivou vrstvou)

23 Heterogenní nekatalytiké reake návrhy reaktorů

24 Heterogenní nekatalytiké reake návrhy reaktorů Ideální míhání tuhé látky Fluidní vrstva nejlepší příklad Tok se v těhto případeh špatně harakterizuje Většinou se jedná o přehod mezi ideálním míháním a pístovým tokem Často izotermní podmínky

26 Heterogenní nekatalytiké reake návrhy reaktorů Polokontinuální operae Iontoměničová kolona, tok tekutiny je blízký pístovému toku Vsádkové operae Rozpouštění a reake tuhé látky v jedné vsáde tekutiny

27 Heterogenní nekatalytiké reake Příklad: Nástřik obsahujíí 30 % části o průměru 50 μm 40 % části o průměru 100 μm 30 % části o průměru 200 μm je dávkován plynule na rošt. Příčně je zaváděn proud reakčního plynu. Za zvolenýh podmínek jsou doby potřebné pro konverzi těhto tří velikostí následujíí 50 μm 5 minut 100 μm 10 minut 200 μm 20 minut Určete konverzi tuhýh látek po dobu prodlení v reaktoru 8 minut, za předpokladu, že určujíím krokem je hemiká reake.

Podobné dokumenty

, kde J [mol.m -2.s -1 ] je difuzní tok, D [m 2.s -1 ] je celkový

, kde J [mol.m -2.s -1 ] je difuzní tok, D [m 2.s -1 ] je celkový FM / DIFUZE I. I. a II. FICKŮV ZÁKON Jméno: St. sk.: Datum: Autor vičení: Ing. Eva Novotná, Ph.D., 4enov@seznam.z Potřebné moudro : Cílem vičení je vytvořit reálný pohled na důležitost, mnohotvárnost a