plikované hemiké proesy Heterogenní nekatalyzované reake
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
Heterogenní nekatalytiké reake
Heterogenní nekatalytiké reake jednoduhé, idealizované modelové představy hledání výrazu pro reakční ryhlost. model kontinuální reake, zrnový model model nezreagovaného jádra.
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 4 + 4 H 2 3Fe + 4 H 2 O Pokovování kovů Příprava vodíku
Model kontinuální reake
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
Zrnový model
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
Model nezreagovaného jádra
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
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.
Model nezreagovaného jádra určujíí krok difuze filmem
Model nezreagovaného jádra určujíí krok difuze filmem - dn /dτ = 4πR 2 k = konst., r /R=0 k R d dr r M 2 2 4. 4 π τ υ ρ υ π = dn r M dr = 4 2 π ρ = 3 1 3 R r M k R υ ρ ν τ k M k R υ ρ ν τ 3 =
Model nezreagovaného jádra určujíí krok difuze inertní vrstvou
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
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 1 3 2 6 MD, ef R R 2 2 3 τ k = ν υ ρ M D R 6, ef 2
Model nezreagovaného jádra určujíí krok hemiká reake
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
Model nezreagovaného jádra určujíí krok hemiká reake
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.
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)
Heterogenní nekatalytiké reake návrhy reaktorů
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
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
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.