1. Основные закономерности глубокого окисления органических веществ

Глубоким окислением органических веществ называют процесс, в результате которого органическое вещество окис­ляется до диоксида углерода и воды.

Каталитическое превращение органического вещества в продукты глубокого окисления, как и любой гетерогенно-ка­талитический процесс, включает в качестве основных стадий диффузию исходных реагентов из ядра газового потока к по­верхности гранул катализатора (внешняя диффузия); диф­фузию этих веществ в глубь зерен катализатора (внутрен­няя диффузия); адсорбцию реагентов поверхностью катали­затора, химическую реакцию на поверхности катализатора и десорбцию продуктов реакции; перенос продуктов реакции к наружной поверхности гранул катализатора (внутренняя диффузия) и затем <н чтоА поверхности — в ядро газового потока (внешняя диффузии).

Наблюдаемая скорость процесса и его закономерности определяются скоростью наиболее медленной, лимитирую­щей его стадии.

В связи с этим разграничивают области протекания ката­литического процесса, указанные ниже.

1. Кинетическая область, в которой скорость процесса определяет химическая реакция на поверхности катализато­ра. В этом случае скорость процесса для реактора вытесне­ния описывается уравнением

« = «..#*7*/«'. •). (О

где Со — начальная коннептраипч окисляемого вещества, моль/м *; х — степень превращения окисляемого вещества; т — время контакта, с; г,, с₉, г» — текущие концентрации

компонентов реакционной смеси, моль/м³; п_и п₂, п₃ — поряд­ки реакции по соответствующим компонентам реакционной смеси; £ — константа скорости реакции.

fe = /?₀cxp [— (2)

где k₀— предэкспоненциальный множитель; Е — энергия ак­тивации, Дж/моль; R — универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль чК; Т — температура, К-

Энергия активации для различных катализаторов и окис­ляемых веществ изменяется в широком интервале от 50 до 150 кДж/моль, а порядок реакции по окисляемому веществу может быть от нулевого до первого.

2. Внутри диффузионная область, в которой скорость про­цесса определяет перенос реагирующих веществ в глубь зе­рен катализатора. В этой области благодаря тормозящему влиянию процессов переноса наблюдаемое значение энергии активации уменьшается в два раза по сравнению со значе­нием ее в кинетической области, а порядок реакции по уда­ляемому компоненту становится средним между порядком реакции в кинетической области и первым порядком.

3. Виешнедиффузнонная область, в которой скорость процесса определяется скоростью подвода реагирующих ве­ществ из ядра газового потока к внешней поверхности зе­рен катализатора:

и = ар(с—с_п), (3)

где а — удельная доступная поверхность катализатора, м²/м³; р — коэффициент массопередачи, м/с; с — текущая концентрация окисляемого вещества в потоке, моль/м³; с_п — концентрация окисляемого вещества у внешней поверх­ности катализатора, моль/м³.

Так как с^>с_п, то уравнение (3) можно упростить:

н=арс. (4)

Коэффициент массопередачи в меньшей степени зависит от температуры, чем константа скорости реакции:

Р=Ро(^)^М. (5)

где ро, Р — коэффициенты массопередачи при температуре 7V И Т соответственно.

Процессы каталитической очистки газов могут осуще­ствляться во всех кинетических областях. Но чаще всего они протекают во внешнеднффузионной области.