Catalisi eterogenea: diffusione esterna

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Mimic

2022-09-22 16:17

La catalisi eterogenea è un processo complesso, per cui non si può scrivere una cinetica semplice basata su una legge di potenza nella forma , ma bisogna ipotizzare che il processo avvenga in più stadi. Il modello attualmente più accettato prevede un totale di sette stadi, alcuni dei quali non possono essere considerati in serie rispetto agli altri e sono presenti soltanto nel caso di catalizzatori porosi. In ogni caso, quale che sia il catalizzatore il primo stadio prende il nome di diffusione esterna. Supponiamo di avere un reagente A trasportato all'interno del reattore da una corrente di gas inerte. Attraverso una semplice reazione, A si trasforma in B. La reazione ha luogo soltanto nelle zone del reattore in cui è presente il catalizzatore e, più precisamente, sulla sua superficie. Se il volume di fluido immesso nell'unità di tempo è grande, il fluido si muoverà di moto turbolento. Quando però una massa fluida incontra una particella solida (in questo caso una particella di catalizzatore), attorno a quest'ultima si forma un film di fluido che prende il nome di film stagnante, all'interno nel quale il fluido non si muoverà più di moto turbolento ma di moto laminare. E sin qui mi è tutto chiaro. Da questo punto in poi, quello che ho capito è questo: potreste dirmi, per favore, se è corretto o meno, oppure se c'è qualcosa che mi è sfuggito? Non essendoci moti convettivi all'interno del film stagnante, il trasferimento di A dal film stagnante alla superficie del catalizzatore può avvenire soltanto attraverso il gradiente di concentrazione di A che sussiste tra il film stagnante e la superficie solida. Se questo è vero, la velocità del processo di diffusione esterna può essere espressa quantitativamente dalla formula dove

  • r = velocità del processo
  •  = coefficiente globale di trasferimento di massa: dipende dallo spessore del film stagnante e dalle proprietà fluidodinamiche del sistema
  •  = concentrazione di A nel film stagnante
  •  = concentrazione di A sulla superficie del solido