Внутренняя диффузия. Если в результате гетерогенного

Внутренняя диффузия. Если в результате гетерогенного взаимодействия
газообразного и твердого реагентов наряду с газообразными образуются и
твердые продукты реакции, стадией, предшествующей собственно химической
реакции и следующей за внешней диффузией, будет стадия внутренней диффузии – проникновения газообразного реагента через слой твердых продуктов реакции к поверхности ядра, на которой осуществляется химическое взаимодействие.
Скорость внутренней диффузии
wd = −
1 dn A
dс
= Dэф A ,
aS dτ
dr
где Dэф – эффективный коэффициент диффузии, учитывающий пористость
твердого вещества, извилистость пор и т. д.
Так как слой твердых продуктов реакции представляет собой определенное сопротивление переносу реагента А из пограничной газовой пленки к поверхности ядра, то концентрация этого реагента по мере движения к поверхности ядра будет уменьшаться от cA,s на внешней поверхности твердой частицы до
сА,с (индекс «с» от англ. core – ядро) на поверхности ядра (см. рис. 7.3).
Если толщина слоя золы невелика, можно условно считать, что
dс A Δc A c A, s − c A,c
,
=
=
Δr
dr
R−r
где R – внешний радиус твердой частицы – постоянная величина в рамках
рассматриваемого случая частицы с не изменяющимися внешними размерами;
r – радиус ядра, уменьшающийся по мере протекания процесса.
Тогда скорость внутренней диффузии можно представить в виде уравнения
wd = −
1 dn A Dэф
(c A, s − c A,c ) = β / (c A, s − c A,c ),
=
aS dτ
Δr
т. е. по своей структуре уравнение скорости внутренней диффузии аналогично
уравнению скорости внешней диффузии: произведение разности концентраций
Dэф
на коэффициент массоотдачи β / =
. Повысить скорость внутреннедиффуΔr
зионной стадии возможно в основном увеличением коэффициента массоотдачи
β/. Существенно повысить коэффициент диффузии, как это было показано, достаточно сложно. Следовательно, нужно идти по пути уменьшения толщины
слоя твердых продуктов реакции, равной R – r. Максимальная толщина этого
слоя равна R (при r = 0) – внешнему радиусу твердой частицы. Уменьшение
размеров твердой частицы (измельчение) автоматически приводит и к уменьшению толщины слоя твердых продуктов, т. е. к увеличению коэффициента
57