Внешняя диффузная область протекания гетерогенного процесса в системе газ-твердое вещество.

Для расчета скорости процесса в системе газ-твердое вещество представим, что сферическая частица обдувается газовым потоком, движущимся со скоростью W.

 

 

 

Rs – радиус частицы.

Поскольку частица имеет шероховатую поверхность, вокруг частицы существует практически неподвижный пограничный слой газа, который оказывает основное сопротивление процессу диффузии газообразного реагента к поверхности твердой фазы. Толщина этого пограничного слоя – δ, концентрация газообразного компонента на внешней поверхности пограничного слоя такая же, как и в ядре потока. Концентрация компонента на поверхности частицы ZBs.

Скорость процесса в области внешней диффузии (Uкд) (область конвективной диффузии) можно определить, используя первый закон Фика:

 

 

 

Скорость процесса определяется как произведение коэффициента диффузии на отношение разности концентрации газообразного компонента и толщины пограничной пленки.

Отношение коэффициента диффузии к толщине пограничной пленки называется коэффициентом массоотдачи в области конвективной диффузии:

 

 

 

Исходя из этих соотношений, можно сказать, что скорость гетерогенного процесса, протекающего в области конвективной диффузии, определяется природой газообразных компонентов, концентрацией газообразных компонентов и линейной скоростью подачи реагентов. Поскольку, именно линейная скорость подачи реагентов определяет величину толщины пограничной пленки.

Среди всех этих факторов, наиболее существенно влияющим является линейная скорость подачи реагентов и основным управляющим фактором, применимым в области конвективной диффузии является скорость подачи реагентов.

Окончательно мы получаем

 

 

От этого уравнения нет толка, потому что неопределима, поэтому здесь говорят, что как только молекула газа достигла твердой частицы, наступает химическая реакция. Скорость химического превращения на несколько порядков выше, чем и получается тогда

 

 

 

ZB – концентрация газа в ядре газового потока.

Наше допущение позволяет рассчитать время полного превращения если процесс протекает в области конвективной диффузии, т.е. используется правило: какое количество газа подошло к поверхности твердой частицы, такое же количество твердого вещества и вступило во взаимодействие.

Соответственно скорость может быть выражена

 

 

 

 

Изменение массы вещества отнесенное к площади поверхности контакта фаз и промежутку времени в течение которого происходит это взаимодействие

 

 

 

Уравнение позволяет связать время обработки материала (τ), исходный радиус частицы Rs и радиус непрореагировавшей части или радиус непрореагировавшего ядра.

 

 

 

в области внешней диффузии

 

На интенсивность протекания процесса во внешней диффузионной области помимо ранее перечисленных факторов оказывает влияние и размер обработанных частиц.