ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Массообмен при наличии химической реакции в дисперсной фазе из "Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах" Среди методов расчета межфазиого массообмена с химическим превращением вещества наиболее широкое применение нашли методы, основанные на использовании идей пленочной и пенетрационной теорий. С их помощью исследовались главным образом процессы переноса на плоской границе раздела фаз и некоторые задачи хемосорбции газовыми пузырьками. Большой интерес для практических приложений представляет изучение этой проблемы применительно к дисперсным системам, образованным движущимися сферическими частицами. Механизм таких процессов изучают при исследовании химического взаимодействия одиночных частиц с потоком. В последнее время в этом направлении были достигнуты успехи благодаря применению к решению рассматриваемых задач современных вычислительных методов. Это позволило оценить границы применимости приближенных расчетов, выполненных в рамках пленочной или пенетрационной теорий. [c.115] В настоящей главе рассматриваются закономерности массообменных процессов, осложненных необратимыми химическими реакциями первого и второго порядка, протекающими в объеме сплошной или дисперсной фазы. Основные результаты получены на базе решения уравнений, описывающих процесс хемосорбции при конвективном массообмене в области малых и средних значений критерия Ке. Проводится анализ процесса как для конечных значений константы скорости реакции, так и в случае быстропро-текающих реакций. Приведены расчетные формулы, таблицы и графики для степени извлечения и фактора, характеризующего ускоряющее действие химической реакции на процесс массообмена. Эти данные используются в гл. 7 для расчета химических реакторов. [c.115] Скорость химического превращения определяется скоростью транспорта вещества и теплоты к зоне реакции и скоростью реакции. Химические реакции могут протрать в объеме реакционной среды (гомогенные реакции) либо на поверхности раздела фаз (гетерогенные реакции). [c.116] В этой главе рассматриваются в основном процессы массообмена, сопровождаемые гомогенными химическими реакциями в объеме реагирующих сред. Рассмотрению гетерогенных химических реакций на поверхности раздела твердое тело — газ и твердое тело — жидкость посвящена обширная литература. Роль гетерогенных химических реакций на поверхности раздела жидкость — жидкость и газ —жидкость в процессе массообмена обсуждается в данном разделе. [c.116] Процессы массо- и теплообмена, сопровождаемые химической реакцией, могут протекать в диффузионной, кинетической или промежуточной областях [1]. В диффузионной области процесс лимитируется скоростью транспорта теплоты и вещества в зоне реакции и реализуется при больших скоростях химической реакции. Наоборот, процесс, протекающий в кинетической области, лимитируется скоростью химической реакции и реализуется при больших скоростях транспорта теплоты и вещества к зоне реакции. [c.116] При рассмотрении процессов массо- и теплообмена, сопровождаемых химической реакцией, возникает необходимость в проведении оценочных расчетов, по которым можно судить, в какой области протекает процесс. Покажем на простом примере, как проводятся подобные оценки. [c.116] В установившемся режиме поток вещества, определяемый уравнением (3.1), равен потоку за счет химической реакции (3.2). [c.116] Лимитирующим сопротивлением в этом случае является сопротивление диффузионного слоя, хотя скорость транспорта вещества равна скорости химической реакции. При изменении константы скорости химической реакции в пределах выполнения неравенства (3.7) скорость реакции не изменяется, а концентрация вещества на поверхности твердого тела s ( g С Со) подстраивается к выполнению условия ki s — K o = onst. [c.117] При изменении К в пределах выполнения неравенства (3.9) скорость процесса не изменяется, а концентрация вещества на поверхности сферы подстраивается к выполнению условия K o — s) i o = onst. Здесь Со — s o. [c.117] Во всех моделях массопередачи, как не осложненной, так и осложненной химической реакцией, принимается, что на границе раздела фаз имеет место фазовое равновесие. Однако некоторые исследователи полагают, что на границе раздела фаз протекают гетерогенные обратимые реакции (сольватация, диссоциация, изомеризация и т. п.) со скоростями, соизмеримыми со скоростью массопередачи. [c.117] Ё соответствии с этим в формулы аддитивности фазовых сопротивлений (2.6) и (2.7) вводят дополнительное слагаемое, отражающее роль поверхностного сопротивления. [c.118] Поверхностное сопротивление может быть обусловлено также экранированием поверхности при адсорбции молекул поверхно-стно-активных веществ и другими факторами. [c.118] Определению поверхностного сопротивления посвящено большое количество работ. Обзор работ по поверхностному сопротивлению, опубликованных до 1966 г., приведен в монографии [2], а более поздних —в статье Тарасова и Ягодина [3]. [c.118] Большинство исследователей связывали существование поверхностного сопротивления с наблюдаемым ими отклонением от формулы аддитивности и различием скорости массопередачи в прямом и обратном направлениях. К сожалению, до последнего времени надежные методы определения частных коэффициентов массопередачи отсутствовали и поэтому крайне противоречивые данные, полученные различными авторами, по отклонению от формулы аддитивности, нельзя считать достоверными. Кроме того, различие в скоростях массопередачи в прямом и обратном направлениях, обнаруженное в ряде работ, было обусловлено проведением процесса массопередачи в неидентичных условиях и не имело отношения к поверхностному сопротивлению [4, 5]. [c.118] Отметим, что многочисленные экспериментальные данные по массопередаче в движущиеся капли и газовые пузырьки, в том числе и для систем электролит — неэлектролит, находятся в удовлетворительном соответствии с расчетами, не учитывающими поверхностное сопротивление (см. гл. 2 и раздел 5.1). Таким образом, для выяснения вопроса о том, в каких случаях необходим учет поверхностного сопротивления, требуется проведение дополнительных исследований. Необходимы прежде всего прямые измерения или оценки скорости поверхностных процессов. [c.118] Формулы (3.12) и (3.13) неудобны для расчета скорости массопередачи и поверхностного сопротивления, поскольку в них входят неизвестные концентрации Си и С2в на поверхности раздела фаз. Приведем их к более удобному для обработки экспериментальных данных виду, исключив неизвестные межфазные концентрации. [c.119] Исключив И С28 ИЗ уравнений (3.20), (3.15) или (3.16), получим с учетом соотношений (3.18), (3.19) неявную зависимость М от С1 и С2. [c.119] Если кинетические константы не заданы, то они могут быть опр елены из экспериментально полученной зависимости скорости массопередачи от концентраций и кривой равновесия. [c.120] Для движущихся сферических частиц частные коэффициенты массопередачи k и / 2 могут быть рассчитаны (см. гл. 2), и задача упрощается. [c.120] Если известен также и порядок реакции, то константа скорости поверхностной реакции km может быть найдена методом наименьших квадратов или графически по тангенсу угла наклона экспериментально найденной зависимости (3.21) М от F( , с . [c.120] Вернуться к основной статье