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Pressure changes during diffusion with chemical reaction in a porous pellet

1988; Elsevier BV; Volume: 23; Issue: 2 Linguagem: Alemão

10.1016/0255-2701(88)80002-3

1873-3204

Andrzej Burghardt, Jerzy Aerts,

Muon and positron interactions and applications

A method is proposed for evaluation of the pressure change in an isothermal porous pellet within which a single chemical reaction takes place, accompanied by mass transfer by Knudsen diffusion, bulk diffusion and viscous convective flow of the reacting mixture. The dimensionless pressure is expressed as a function of two dimensionless parameters which characterize transport mechanism and mixture properties respectively. The pressure change also depends on the reaction and on the mixture composition on the pellet surface. The method requires numerical integration of an initial-value problem. A simple analytical method is also proposed for estimation of the maximum possible pressure changes in the system, both for the Knudsen diffusion control regime and for the bulk diffusion with viscous convective flow control regime. Both methods are illustrated by the computed results for a general two-molecule reaction and for the ammonia synthesis reaction. Eine Berechnungsmethode wurde vorgeschlagen, die die Bestimmung der Druckänderungen in einer porösen Partikel erlaubt, in der eine einzelne chemische Reaktion abläuft. Der Stofftransport der gasförmigen Reagenten in der Partikel findet auf Grund der Knudsendiffusion, gewöhnlicher (bulk) Diffusion und infolge eines viskosen Konvektionsstromes statt. Der dimensionslose Druck in der Partikel wurde als Funktion von zwei dimensionslosen Parametern ausgedrückt, die den Transportmechanismus und die physikalischen Eigenschaften der Gasmischung charakterisieren. Die Druckänderungen hängen zusätzlich von der Art der chemischen Reaktion und der Mischungszusammensetzung an der Oberfläche der Partikel ab. Die Methode verlangt die numerische Integration eines Anfangswertproblems. Es wurden auch einfache analytische Formeln gefunden, die den Bereich der maximal möglichen Druckänderungen in der Partikel für eine einzelne Reaktion eingrenzen und die Abschätzung dieser Werte mit ausreichender Genauigkeit erlauben. Beide Methoden wurden auf Gund der berechneten Ergebnisse für eine aligemeine zweimolekulare Reaktion und für die Ammoniaksynthese veranschaulicht.