Введение к работе
Актуальность работы
Гетерогенные процессы типа газ - твердое тело чрезвычайно широко распространены в природа и технологиях. Исследование таких процессов^ к которым относятся, например, топохтшнческлв реакцаа, реакции гетерогенного катализа , процессе г-азонасыщв-нид твердого тела,находит применение в черной и цветной металлургии, водородной энергетика і химическом производстве 4 Указанные процессы лаяят в основе как классических прошдаеняых технологий! синтез химических продуктов /например, метанола, аммаака и т.д./» науглероживание, обезуглероживание, азотирование, нитроцементация, гидрирование и наводор^дипаиие, окисление металлов, сплавов й солей, восстановление окислов и т.д. і тай и современны*| новеклтх технологий: диффузионное выделение водорода и его-изотопов, хранение газообразного водорода в твердых телах. Построение математических моделей таких физико-хшіаческих процессов представляет собой актуальную пракладнуп 3dдачу физической.химии и химий твердого тела.
Существенное і а & ряде случаев /например для гвтерогенио-каталйтйческих реакций/ и основное) влияние па кинетику этих процессов оказывают гассоогікои в поверхностном слое.и ыасоопере-нос при ыеяфазном взаимодействии* Поверхностные массбобмекныа процесса имеют фундаментальное значение при диффузионном виде-лвний какого-либо газа из гпэозых смесей, при восстановлений окислов кетпллпь газовыми восстановителями, в гетерогекно-ка-талитических реакциях типа синтеза аммиака и т.д. Общеизвестно, что процессы местного взаимодействия представляют собой сложную последовательность элементарных стадий, среда которых
сорбция молекул в поверхностный слой и десорбция ИСХОДНЫХ реагентов и продуктов, реакции в одв /газовую и конденсирован-иую/ (1язы, реакции диссоциаций и рекомбинации адсорбированных молекул, собственно реакции химического взаимодействия в поверхностном слое я б конденсированной фазе, растворение и даЗДузпя в объеме твердого тела и т.д.
Б классической теории моделирования гетерогенних реакций газ - твердое тело обачно учитывается лишь одна лташтнрушаа стадия, определяющая скорость реакции, Влияние поверхностных ставил отражается обычно лри помощи граничних условий о некоторыми интегральными коэффициентами. Такої прием не может рассматриваться как адекватны! в связи с нелинейностью от-дальных стадий. Имог и остается неясным и физический сшсл указанных коэффициентов.
В действительности соотношения между скоростями отдельных „ отадиіі могут быть достаточно произвольными и априорно на установленными, причем лимитирующее воздействие на кинетику на различных атапах процесса или „в различных условиях могут.оказывать соответственно разные стадии,
Как показывают работы последних лет, учет в кинетических моделях всех поверхностных стадий'может влиять не только на количественную, но и на качественную сторону химических реакций, на этой основе возможно, в Частности, объяснить принципиальные особенности кинетических кривых, переход из одного кинетического режима в другой, изменение лимитирующей стадии процесса. Болев того, такие модели позволяют с большим знанием дела организовывать технологический процесс,-подбирать
оптимальные условия.для интенсификации производства.
' Цель диссертации - состояла в построении адекватных моделей, гетерогенных процессов газ - твердое тело о учетом
4 ,
всех поверхностных масроой-ешшх отадцЯ, а такне в исследовании влияния мэяфэзних процессов и поверхностных факторов на кинетику гетерогенных реакций на пршорах конкретных фнзако-хишічоских процессов.
Научная новизна;
- впервые модель гетерогенных процессов газ - твердое тело о
учетом реакции на межіїазной поверхности н всех массообмешшх ста
дий при произвольных соотношениях нэаду их скоростями, адаптиро
вана к процессам переноса через мембраны и гетерогенного катализа;
^ впервие поставлена а решена задача ой определении потока водорода через мембрану при выделении его из газовой смеси с учетом реакций окисления, диссоциации и рекоыб-нация на разных сторонах мембраны і
-» впервые исследована кипетика установления термодинамического равновесия между веществом в газовой, и конденсированной, фазахj
впервые построена млкроюшегичоскал модель гетерогенных реакций синтеза или разложения ашйака с одновременным учетоы всех поверхностных превращении»
впервые рассмотрена задача о кинетике химического или фазового превращения реагирующей. офорическоЙ твердой частицы прп упрощенной учете указанных впив Факторов.
Цаучндя, и теоретическая ценности
Теоретическая ценность диссертации состоит в том,.что ато одна из первых работ* в которой конструктивно нослодовапо влияние-поверхностных факторов иа кинетику гетерогенных реакций.
Разработакнив методики * модели и результаты, предложещшв j работе, могут найти применение в расчетах широкого класс і fre-*»' геротішх физико-химических процессов; в частном»** '
- при разработке и конструировании химических'реакторов я *
технологических уолг.ьш химических производств;
"5
при разработке диффузионных металлических фильтров и технологии дййузиотюго выделения водорода и его изотопов}
при разработке технологий восстановления окислов металлов газовыми восстановителями в металлургии.
Апробацій работы.
Результаты диссертационной работы докладывались на I Всесоюзном симпозиуме во макроскопической кинетикіі и химической газодинамика, Алма-Ата, 1984) 3 Всесоюзной конференции "Нестационарные процессы а катализе", Новосибирск» IS8S г,; 2 Всесоюзной конференции "Новые процессы и оборудование для получения веществ реактивной квалификации", Днепропетровск, 1985 г.; Всесоюзной школе-семинаре "Химическая-физика гетерогенных процессов" Туапсе, IS9I г.; научно-техническом семинаре "ДиЗДузиоино-кооператлъные явления в системах металл-изотопы водорода" Донецк, 1992 г.; па семинарах кафедры математической физики УрГУ.
Дубликапйи. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 статьях ц 4 тезисах докл5дов.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии, содержит 120 страниц машинописного текста, 12 рисунков. Библиография - 108 наименований,
