ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Массопередача через мембраны, стимулированная носителем из "Массопередача" В разделе 10.6 отмечается, что для нахождения массообменных характеристик абсорберов с мешалками проводились широкие измерения скорости абсорбции кислорода водными растворами сульфита натрия. Наличие восстанавливающего агента и низкая растворимость непрореагировавшего кислорода в растворе позволяют осуществлять в течение длительного времени удобные периодические опыты. Эти эксперименты относятся к двум типам 1) опыты, направленные на определение коэффициента физического массообмена в расчете на единицу объема, т. е. величины к[а, с целью охарактеризовать установку для использования с совершенно иной системой и 2) опыты, направленные на нахождение межфазной поверхности пузырьков, образующихся при диспергировании. [c.404] Во втором случае для измерения межфазной площади нужно проводить опыты в таких условиях, при которых скорость абсорбции, приходящуюся на единицу поверхности, можно выразить исключительно через константу скорости химического взаимодействия и коэффициент диффузии [см. уравнение (8.13)]. Скорость не должна зависеть от продолжительности контакта на границе раздела фаз или от каких-либо особенностей движения среды относительно пузырьков. Это условие отвечает существованию кривых правой верхней части рис. 8.1 и рисунку 8.3, из которых следует, что реакционная способность раствора должна быть достаточно высокой, чтобы диффундирующие молекулы кислорода успевали исчезнуть в результате взаимодействия еще до того, как они очень далеко уйдут от границы раздела фаз. [c.405] Можно подумать, что при измерении поверхности нет необходимости знать константу скорости реакции, если для того же раствора может быть измерена скорость абсорбции при использовании аппарата, подобного колонне со смоченными стенками, площадь поверхности которого точно известна. Тогда прямым сравнением произведения Ка, вычисленного для случая диспергирования раствора в сосуде с мешалкой, с величиной Ы, которая установлена для абсорбера с известной площадью, путем деления легко определяют параметр а. Такие непосредственные сопоставления, однако, носят лишь приближенный характер, пока не реализуются только что оговоренные условия, поскольку может сложиться ситуация, когда значения кЧ, найденные для двух поверхностей, будут столь различны, что движение среды станет оказывать влияние на одну поверхность и не будет сказываться на состоянии другой. Тогда либо нужно доказать экспериментально, что для обеих поверхностей скорость абсорбции не зависит от 1 или з, либо должно быть известно выражение, пригодное для определения скорости гомогенной реакции, а это означает, что можно применить надлежащую теорию. [c.405] Необходимо указать, что, когда уже достигнут этот низкий предел для N0 , скорость абсорбции должна быть, пропорциональна только корню квадратному из парциального давления кислорода. [c.406] Такие результаты экспериментально не отмечали однако Де-Вааль и Оукезон [33] и Савики и Бэррон [85], применяя колонну со смоченными стенками, нашли, что при определенных условиях скорость абсорбции пропорциональна ро в первой степени, т. е. скорость гомогенной реакции может иметь первый порядок в отношении кислорода. Правда, данные подобных наблюдений еще не доказывают справедливость утверждения о наличии упомянутого первого порядка, если только коэффициент ускорения существенно не превышает единицу, поскольку взаимодействие, контролируемое исключительно диффузией, всегда протекает по первому порядку. К аналогичным выводам, однако, пришли Яджи и Айно [ПО], которые использовали полярограф, изучая процесс исчезновения растворенного кислорода в разбавленных растворах, содержащих сульфитные и сульфатные ионы и кобальтовый катализатор. [c.406] Результаты оценки площади поверхности контакта фаз и скорости ее обновления в газожидкостном реакторе с мешалкой (рисунок взят из ра боты Ваала и Оуксона [33 ]) характеристики жидкой фазы объем равен 5 л, концентрация Ыаг50з составляет 100 г/л, катализатор — ионы кобальта характеристики сосуда турбинная мешалка, вращающаяся с частотой 300 об/мин снабжен отражательными перегородками, приведенная скорость газа составляет 1,17 см/с, доля удерживаемого газа равна 0,02 результаты а = 0,689 см (диаметр пузырьков составляет 0,17 см), число пузырьков равно 7,2 на 1 см ,. 9= 110 с = 0,057 см/с]. [c.408] Данные работы [78]. При 30°С растворимость Н кислорода в воде составляет 11,45-10 , а при концентрации 0,8 моль/л МадЗОз [29] — 5,72X10 моль/(см -МПа). Коэффициент диффузии кислорода в концентрированных растворах равен 1,2-10 см /с. Скорость гомогенной реакции находят из выражения г = 2,5-101 [Оа] [Со], где концентрации кислорода и кобальта выражены в моль/см . [c.408] Вычисленное значение меньше самого минимального значения концентрации, использованного Рейтом и приблизительно равного 10 моль/л, из чего следует, что при протекании реакции объемная концентрация кислорода вполне может быть очень низкой. [c.409] Полученное нижнее предельное значение скорости значительно меньше того, которое отвечает скорости чисто физической абсорбции и равно 0,48Х Х10 8 моль/(см .с). Из сказанного ясно, что при такой небольшой концентрации катализатора скорость растворения, измеренная в абсорбере с мешалкой, будет почти в точности соответствовать скорости физического растворения. [c.409] При более низких концентрациях катализатора (см. работу Рейта и Бика [78]) установившаяся скорость Nqx совместно протекающих вблизи границы раздела фаз диффузии и реакции будет 1,86-Ю моль/(см -с), что, по-прежнему, составляет всего лишь 1/3 от скорости физической диффузии. [c.409] Из сопоставления очевидно, что существует ощутимая область концентраций катализатора, в пределах которой, используя реакцию, можно поддерживать концентрацию растворенного в сульфитной системе кислорода на сравнительно низком уровне без значительного влияния на процесс физического массообмена около границы раздела фаз. Выводы, вытекающие из сравнения, сильно зависят, однако, от принятого значения k° . Отсюда видно, как важно в случае таких абсорберов раздельно определять параметры k° и а. [c.409] Эта концентрация невероятно высока, поскольку предельная растворимость соединений кобальта достигается, очевидно, при несколько меньших значениях, что особенно справедливо при низких концентрациях сульфатных ионов [33]. Итак, не следует ожидать, что результаты измерения межфазной площади, полученные с использованием описанной выше химической системы, будут удовлетворительны. [c.409] Может быть, однако, найдено приемлемое решение, если применять чистый газообразный кислород при давлении 0,101325 МПа, а не воздух. [c.409] Такая разница в концентрациях на границе раздела фаз и в объеме слишком мала, чтобы оказывать заметный эффект на скорость переноса кислорода. [c.410] В случае, однако, толстых пленок оказывается неприменимой аппроксимация в виде ряда, приводящая к уравнению (8.87). Поэтому необходимо пользоваться методом, в котором фигурируют согласованные асимптотические разложения в ряд по обратным степеням к. Решения носят сложный характер пример одного из таких решений показан на рис. 8.31, причем он относится к системе кислород—гемоглобин. На рисунке представлены результаты численных расчетов, выполненных Катчейем и др. [60], из графика следует, что разложения в ряд и общие выводы Смита и др. отвечают истине. [c.413] Вернуться к основной статье