Течение - кнудсено
Cтраница 2
 |
Влияние температуры на модуль Тиле.. [16] |
Так как в небольших порах массопередача обычно осуществляется в форме кнудсеновской диффузии, то коэффициент диффузии в этих условиях прямо пропорционален радиусу пор. Следовательно, в условиях течения Кнудсена быстрые реакции перестают зависеть от размера пор. [17]
 |
Многоступенчатый молекулярный куб.| Схема единичной ступени. [18] |
Механизм такого процесса определяется свободным молекулярным переносом вещества через поры или каналы, известным под названием течения Кнудсена, или молекулярной эффузии. [19]
В пористых зернах твердого катализатора возможны три типа массопередачи. Течение Кнудсена при давлении р 105 Па и / 10 - 5 см наблюдается при радиусе пор меньше 10 - 5 см. Коэффициент диффузии Кнудсена определяется формулой DK l / 3vd, поэтому его можно включить в обычное уравнение диффузии. При р х - 103 Па в порах, диаметр которых d C Ю-4 см, длина среднего свободного пробега значительно меньше диаметра пор и соударения молекул газа будут чаще, чем соударения со стенками капилляра. [20]
Если перепад давления устанавливается, то имеет место вынужденное течение газа. В том случае, когда средний свободный пробег молекул велик по сравнению с диаметром пор, вынужденное течение неотличимо от течения Кнудсена и не подвергается влиянию перепада давлений. Однако, когда средний свободный пробег молекул мал по сравнению с диаметром пор, но перепад давлений все же устанавливается, течение, возникающее в результате такого перепада давлений, будет налагаться на объемное течение газа. [21]
В тех случаях, когда длина свободного пути молекул значительно превышает диаметр пор, транспорт молекул будет иметь характер течения Кнудсена. Такие условия обычно преобладают в случае проведения газовых реакций при умеренных давлениях на катализаторах с небольшими порами, радиус которых не превышает 1000 А. Например, при давлении 1 am средняя длина свободного пути молекул диаметром около 2 - Ю 8 см составляет примерно 10 - 5 см. Многие катализаторы ( например, окисноалюминиевые катализаторы крекинга) имеют поры радиусом менее 100 А, и поэтому для таких катализаторов течение Кнудсена будет преобладать при давлениях, неслишком отличающихся от атмосферного. [22]
Для быстрых реакций, сопровождающихся увеличением числа молей, во внутренних полостях гранул может развиваться значительное давление. В случае капилляров с г 10 - 2 см Вынужденное течение оказывается более быстрым и избыточное давление не развивается. Перепад давления в слое неподвижного катализатора, когда реакцию проводят при небольших давлениях, недостаточен, чтобы вызвать вынужденное течение сквозь капилляры зерен катализатора, и поток омывает зерна снаружи. В этом случае реагирующие вещества достигают внутренней поверхности вследствие течения Кнудсена или объемного течения. [23]
Для быстрых реакций, сопровождающихся увеличением числа молей, во внутренних полостях гранул может развиваться значительное давление. В случае капилляров с г 10 - 2 см вынужденное течение оказывается более быстрым и избыточное давление не развивается. Перепад давления в слое неподвижного катализатора, когда реакцию проводят при небольших давлениях, недостаточен, чтобы вызвать вынужденное течение сквозь капилляры зерен катализатора, и поток омывает зерна снаружи. В этом случае реагирующие вещества достигают внутренней поверхности вследствие течения Кнудсена или объемного течения. [24]
В связи с этим для каждой разновидности пор уместно рассмотреть всевозможные виды транспорта газообразных молекул через различные пористые среды. Данная задача заслуживает самого пристального внимания исследователей, тем более что механизм, по которому осуществляется перенос вещества - тормоз для многих сорбционных и каталитических процессов. Это объясняется тем, что скорость прохождения молекул через пористую среду вследствие столкновения их со стенками пор и другими молекулами во много раз меньше скорости их поступательного движения. Так, например, в тех случаях, когда длина свободного пробега молекул значительно превышает диаметр пор, транспорт молекул будет иметь характер течения Кнудсена. [25]
Очевидно, что в маленьких порах вынужденное течение будет конкурировать с объемной диффузией. Возникновение избыточного давления объясняется тем, что движущая сила потока, отводящего наружу ( течение Пуазейля) избыток молекул, оказывается недостаточной до тех пор, пока давление внутри частицы не превысит значительно-давление снаружи катализатора. В случае капилляров, у которых г 10 - 2 см, вынужденное течение является гораздо более быстрым, чем объемное течение, и избыточное давление внутри частиц катализатора не будет развиваться. Кроме тех случаев, когда реакции проходят при высоком давлении, перепад давления, который должен устанавливаться в неподвижном слое катализатора для сохранения потока через заполненный реактор, оказывается не достаточным, чтобы вызвать вынужденное течение сквозь капилляры таблетки катализатора, и поток газа смывает эти таблетки снаружи. В таком случае реагирующие вещества достигают внутренней поверхности катализатора благодаря течению Кнудсена или объемному течению. [26]
Страницы: 1 2