Номер 6, страница 335 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 70. Производство серной кислоты. Глава 7. Химическая технология - номер 6, страница 335.

Условие.

6. Объясните, почему обжиг в «кипящем слое» приводит к увеличению скорости реакции.

Решение.

Решение 2.

6. Решение

Обжиг в «кипящем слое» — это технологический процесс, при котором измельченный твердый материал (например, сульфидная руда) обрабатывается потоком газа, подаваемым снизу со скоростью, достаточной для перевода частиц во взвешенное, псевдоожиженное состояние. В этом состоянии слой твердых частиц ведет себя подобно жидкости, что и дало название методу. Увеличение скорости реакции при обжиге в кипящем слое обусловлено совокупностью следующих факторов:

Во-первых, резкое увеличение поверхности контакта реагентов. В кипящем слое каждая твердая частица интенсивно омывается газом-реагентом (например, воздухом) со всех сторон. Это создает огромную, по сравнению с обжигом в неподвижном слое (например, в шахтной печи), площадь межфазной поверхности. Поскольку скорость гетерогенной реакции (газ-твердое тело) прямо пропорциональна площади контакта, ее увеличение приводит к значительному ускорению процесса.

Во-вторых, интенсификация теплообмена и обеспечение равномерности температуры. Интенсивное перемешивание частиц в кипящем слое обеспечивает очень высокий коэффициент теплопередачи и выравнивание температуры по всему объему реактора. Это позволяет точно поддерживать оптимальный температурный режим, избегая как локальных перегревов (которые могут вызвать спекание материала и уменьшение его реакционной способности), так и холодных зон. Согласно уравнению Аррениуса ($k = A \cdot e^{-E_a/RT}$), скорость реакции экспоненциально растет с температурой, поэтому поддержание высокой и равномерной температуры является ключевым фактором для высокой производительности.

В-третьих, интенсификация массообмена. Турбулентный режим движения частиц и газа в кипящем слое способствует быстрому подводу молекул газа-реагента к поверхности твердых частиц и такому же быстрому отводу газообразных продуктов реакции. Это снимает или существенно уменьшает диффузионные затруднения, которые часто лимитируют общую скорость процесса в неподвижных слоях. В результате реакция протекает в кинетической области, то есть с максимальной скоростью, определяемой химической природой веществ и температурой.

Таким образом, комплексное действие этих трех факторов — гигантская поверхность контакта, оптимальный и равномерный температурный режим, а также отсутствие диффузионных ограничений — обеспечивает значительно более высокую скорость химической реакции по сравнению с другими методами обжига.

Ответ: Увеличение скорости реакции при обжиге в «кипящем слое» происходит благодаря трем основным причинам: 1) созданию огромной поверхности контакта между твердыми частицами и газом; 2) интенсивному теплообмену, который обеспечивает высокую и равномерную температуру во всем реакционном объеме; 3) интенсивному массообмену, который устраняет тормозящее влияние диффузии реагентов и продуктов.