ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория одновременно протекающих диффузии и химической реакции вблизи границы раздела фаз из "Массопередача" Рассматривая постепенное возрастание скорости растворения газа в химически реакционноспособной жидкости при постепенном повышении реакционной способности можно убедиться, что, как следует из табл. 8.1, на скорость растворения оказывает влияние несколько факторов. Во-первых, при исчезающе малых значениях константы скорости реакции жидкость становится насыщенной физически растворенным и непрореагировавшим газом тогда аппарат работает в условиях, когда химический процесс далек от завершения. Во-вторых, при промежуточных значениях скоростей реакции, приходящихся на единицу объема раствора, вся масса жидкости оказывается доступной для химического взаимодействия, в растворе накапливается небольшое количество непрореагнровавшего газа, и скорость абсорбции становится пропорциональной суммарному количеству жидкости, находящейся в аппарате. Наконец, при очень быстрых химических реакциях коэффициент массопередачи возрастает, поскольку процесс протекает вблизи границы раздела фаз, где диффузия носит критический характер в таком случае скорость растворения оказывается пропорциональной полной поверхности, развитой в аппарате, а не объему жидкости. [c.337] Произведение сД, входящее в правую часть уравнения (8.4) отражает скорость растворения, если жидкость покидает сосуд, будучи физически насыщенной газом А. [c.338] На рис. 8.1 по уравнению (8.5) построен график, на котором показано изменение скорости растворения газа А, когда константа скорости реакции первого порядка к изменяется на 14 порядков. На рисунке имеются три кривые. Кривая А построена для случая, когда k°L я а примерно равны величинам, наблюдавшимся в работах Калдербанка [16, Робинсона и Уилки [81] и Уэстертерпа и др. [109] пространственная скорость 0 выбрана такой, чтобы без протекания химического взаимодействия жидкость, выходящая из сосуда, была примерно на 90 % насыщена растворенным газом. Начиная примерно с = 10 с в объеме жидкой фазы становится заметной реакция и соответственно повышается ее скорость, что продолжается до тех пор, пока при г = 10 она не станет почти постоянной при изменении константы к примерно на порядок затем из-за увеличения параметра 0 скорость продолжает возрастать примерно пропорционально [Для численной оценки параметра 0 было использовано уравнение (8.20), выведенное на основе некоторых результатов диффузионной теории, учитывающей химическое взаимодействие. Ниже значений кх и г приблизительно равных 10 и 1,0, скорость почти не зависит от 0 или суммарного объема жидкости в реакторе в этих областях изменения указанных параметров скорость г пропорциональна суммарной развитой поверхности. [c.339] Из сопоставления кривых Л и В на рис. 8.1 можно видеть, как увеличение полного объема реактора сказывается на изменении скорости реакции, когда остается неизменной суммарная граница раздела фаз а0. При десятикратном возрастании объема в промежуточной области значений наблюдается лишь четырехкратное увеличение скорости г при всех значениях 1, превышаюш,их единицу, влияние на г отсутствует. Кривая С характеризует влияние коэффициента физической массоотдачи когда число единиц переноса остается постоянным. Сравнение кривых А и С показывает, что влияние отсутствует, пока не превысит 10 с , когда рост к1 начинает приводить к заметному увеличению 0. При больших значениях скорость составляет 0,1 от той, которая отвечает повышенным значениям к1- Отсюда следует, что результаты испытаний абсорберов-реакторов с использованием методов, при которых находят значения произведения к1а, не адекватны результатам определения эффективности работы тех же абсорберов, когда их применяют в качестве реакторов, в которых происходит быстрое химическое взаимодействие тогда величины к и а необходимо находить раздельно. [c.340] Из приведенных расчетов вытекает, что, как отмечал Астарита [71, существуют две различные временные шкалы (масштабы), которые оказывают влияние на характер работы всех газовых абсорберов, когда в них протекают химические реакции временная шкала самой реакции, определяемая ее константой скорости, и диффузионная временная шкала, характеризуемая в упомянутых вычислениях комплексом 01(к1) . Кроме того, имеется также третья временная шкала (масштаб), устанавливаемая размером самого оборудования здесь роль играет номинальное время пребывания, или обратная величина пространственной скорости V/Q, которая сказывается лишь в промежуточной области значений реакционной способности. [c.340] Пример 8.1. Насадочную колонну, заполненную кольцами Рашига размером 2,54 см, используют для проведения химического взаимодействия чистого газа с непрерывным потоком жидкости, которая течет через насадку со скоростью 0,68 г/(с-см ), В жидкой фазе протекает реакция первого порядка. Количество находящейся в колонне жидкости составляет 7 % от общего объема колонны, коэффициент массоотдачи кь = 0,01 см/с, а высота насадки эквивалентна десяти единицам переноса. [c.340] Здесь принято, что коэффициент диффузии составляет 1,8-см с. [c.341] входящий в правую часть уравнения (8.6) и содержащий экспоненциальную функцию, пренебрежимо мал. Таким образом, чтобы ответить на вопрос, поставленный в п. 2, можно решить более простое уравнение 0к1 (Ы0 + + ]0) = 1. Решая его методом последовательных приближений, для 0 получают 73 или к1 1,94 что отвечает реакционной способности раствора, при которой скорость абсорбции достигает значения, ожидаемого в случае физической абсорбции в жидкости, которая освобождается от растворенного газа за счет медленной реакции, протекающей в объеме. [c.341] В большей части материала данной главы внимание главным образом будет направлено на диапазон наибольших значений реакционной способности жидкой фазы, находящейся в контакте с газом. Этот диапазон интереснее при изучении кинетических явлений, и, более того, практически важен для некоторых процессов газовой абсорбции, которые играют существенную роль в промышленностн. [c.342] Для тех же насадки, температуры и скорости потока Данквертс и Шарма [28] определили, что = 0,0113 см/с. Они также нашли кажущуюся межфазную площадь поверхности, которая равна 1,12 см /см (0,048 элементов насадки, приходится на 1 см занятого ею пространства), и, кроме того, площадь поверхности сухой насадки, которая составляет 1,8 смУсм объема, заполненного насадкой. [c.344] необходимое для стекания потока по вертикальной поверхности высотой 2,54 см, равно 2,54/23,8 = 0,107 с. [c.345] что UQ = 30, 5 см/с п Z 2,54 см, для ситчатой тарелки находим t = 0,0048 с. [c.345] Вернуться к основной статье