Общие соображения по кинетике . Часть 1

Соответственно сказанному выше процесс физико-химического изменения твердой смеси может состоять из нескольких простых физических и химических «элементарных» процессов (явлений, стадий) перемещения частиц вещества, изменения его структуры, агрегатного состояния и химического состава.

В числе этих явлений (стадий) существенное значение могут иметь химическая реакция, диффузия, возгонка или испарение, плавление, кристаллизация и некоторые другие.

Скорость каждой такой стадии можно в большинстве практических случаев выразить как достаточно простую функцию соотношения между движущей силой и сопротивлением процесса, протекающего на этой стадии:

(98) (98а)

(986)

где Gb G2, Gn — степень превращения вещества соответственно в первой, второй и других стадиях; т — время; Flt F2, Fn — площадь поверхности контакта фаз соответственно в первой, второй и других стадиях; Wx, W2 Wn—сопротивления стадий; ΔСХ, ΔС2, .... ΔСп — движущая сила стадий, выражаемая перепадом концентраций одного из реагентов на различных участках его пути к другому реагенту.

В целом процесс в его общем виде протекает в чрезвычайно сложных условиях, которые могут изменяться в самых широких пределах.

Прежде всего, одни из перечисленных выше явлений служат обязательной частью каждого взаимодействия в смеси твердых веществ, другие играют существенную роль в большинстве таких взаимодействий, третьи могут в равной мере иметь или не иметь места. Далее, исходные реагенты могут быть представлены в виде анизотропных тел. Форма и размер зерен исходных реагентов могут быть весьма разнообразны. Соотношение между ними в исходной смеси может колебаться в широких пределах. Массообмен в процессе реакции может осуществляться за счет движения частиц лишь одного или обоих реагентов.

При взаимодействии между двумя чистыми реагентами в зависимости от условий их разделяет один или два, или несколько возникающих в процессе реакции промежуточных слоев. Если, например, скорость такого взаимодействия ограничена одновременно скоростями возгонки реагентов А, его диффузии к реагенту В в реакции между ними, то имеются следующие слои:

1) твердый реагент Л;

2) газовая фаза, состоящая из инертного газа И и возогнанного Л, в среде которой протекает процесс;

3) продукт АВ реакции:

4) продукт АВ + непрореагировавший реагент В;

5) реагент В.

При протекании такого процесса, кроме площади реакционной поверхности, меняются в широких пределах и достаточно сложным образом также значения движущих сил и сопротивлений стадий, составляющих этот процесс. Для суждения о сложности возникающих при этом зависимостей достаточно указать, что в связи с постепенным изменением площади поперечного сечения и толщины диффузионного слоя в процессе реакции меняется скорость диффузии. Если при этом не происходит соответствующего изменения скорости собственно реакции, то процесс становится нестационарным. В противном случае, очевидно, изменяется концентрация реагента Л на поверхности раздела продукта АВ — (AВ + В) и в объеме (АВ + + В). Если исходные реагенты содержат существенное количество примесей или наблюдается встречная диффузия обоих реагентов через продукт их взаимодействия, то картина дополнительно осложняется.

 

Другие части:

Общие соображения по кинетике . Часть 1

Общие соображения по кинетике . Часть 2

Общие соображения по кинетике . Часть 3

 

 

Содержание