Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
В предыдущих главах уже говорилось о скорости превращения. Ее выражали в единицах массы или мольных долях определенного компонента, превращенного за единицу времени в единице объема (или на единицу массы катализатора). Предполагалось, что известна зависимость скорости превращения от температуры, давления и состава реагирующей смеси. При этом нас не интересовало, является ли реакция процессом, протекающим однородно во всей системе, или наблюдаемая степень превращения складывается из множества отдельных независимых микропроцессов.

ПОИСК





Роль массопередачи

из "Химические реакторы расчет и управление ими"

В предыдущих главах уже говорилось о скорости превращения. Ее выражали в единицах массы или мольных долях определенного компонента, превращенного за единицу времени в единице объема (или на единицу массы катализатора). Предполагалось, что известна зависимость скорости превращения от температуры, давления и состава реагирующей смеси. При этом нас не интересовало, является ли реакция процессом, протекающим однородно во всей системе, или наблюдаемая степень превращения складывается из множества отдельных независимых микропроцессов. [c.152]
Действительно, в материальных балансах участвуют величины, которые обычно малы по сравнению с изменениями их во всем реакторе, но достаточно велики по сравнению с возможными изменениями этих величин в сколь угодно малом объеме реактора. [c.152]
Такие местные изменения состава и природы реагирующей смеси наблюдаются даже в однофазных (гомогенных) системах, если не происходит полного перемешивания между молекулами системы. Более заметные различия встречаются в системах, состоящих из нескольких фаз (гетерогенных). [c.152]
В нротивопо.ложность реакциям, протекающим микрогомогенно, в гетерогенных системах не все реагенты способны участвовать в реакции. Например, в гетерогенной системе реакция между А и В происходит в одной фазе (гомогенно), хотя А в действительности присутствует и в другой фазе. Очевидно, реакция протекает то лысо после перехода А в реакционную фазу. Скорость перехода А, таким образом, может повлиять на скорость превращения, особенно если собственная скорость реакции выше скорости массопередачи. [c.152]
Проектирование реактора для гетерогенных систем пока производится с учетом общей степени превращения (макропревращения) и полностью основано на теории, изложенной в предыдущих главах. [c.153]
Различия между скоростями превращения для гомогенной и гетерогенной систем отражаются на математическом уравнении, которое для гетерогенной системы учитывает взаимосвязь химической реакции и массопередачи. Основная цель, поставленная авторами в данной главе, — проанализировать эту взаимосвязь и на основании результатов анализа предложить уравнения для общей скорости превращения. [c.153]
Ввиду большого разнообразия вопросов, затрагиваемых в этой области, ограничимся обсуждением лишь нескольких случаев, широко применяемых на црактике. [c.153]
Они перечислены в табл. 4, где приведена классификация по условию протекания реакции (гомогенная или гетерогенная) и по распределению реагентов в фазах. [c.153]
Поскольку массопередача играет значительную роль в большинстве приведенных далее примеров, обозначим через р коэффициент массопередачи. Формально р соответствует отношению материального потока от пограничного слоя (или к нему) к разности концентраций на границе раздела и в объеме рассматриваемой фазы. [c.153]
Подобное выражение для потока jJ получается при использовании единиц массы WJ. [c.154]
Для массопередачи между внутренними слоями маленького пузырька (или капли) и поверхностью число Шервуда колеблется в пределах 10 ЗЬ 25. Меньшей величиной пользуются, когда внутренняя среда инертна, а большую применяют при свободном внутреннем движении 9в-э8 Для тонкой пленки жидкости, стекающей по насадке, число 8Ь лежит в указанном интервале. [c.154]
Келдербенк и Му-Янг обобщили свойства непрерывной массопередачи между фазами для барботируемых пузырьков газа и для частиц, диспергированных в жидкости. [c.155]
Количество вещества, переданного через пограничный слой фазы данной системы, пропорционально массовому или мольному потоку через единицу поверхности и площади поверхности А. Эта величина, отнесенная к единице объема реактора или к удельной поверхности является крайне важной переменной в гетерогенно-каталитических системах и тесно связана со степенью дисперсности. [c.155]
Если одна из фаз твердая (например, при стационарном и кипящем слое катализатора в случае цементного раствора), величину А, легко рассчитать по геометрическим размерам частиц, так как нетрудно провести фракционный анализ. [c.155]
Метод определения А несколько усложняется, когда эту величину требуется определить для границы раздела газ — жидкость, где жидкость течет через насадку известного размера (например, в насадочных дистиллнционных и абсорбционных колонках и капельных реакторах). В промышленной практике, где одна фаза диспергирована в другой (газ в жидкости, жидкость в газе, жидкость в жидкости), очень трудно надежно предсказать удельную поверхность раздела. В общем случае ею приходится задаваться на основании литературных данных о подобных системах или определять специально (например, в газо-жидкостных реакторах с перемешиванием см. монографию Вестертерпа, Ван Дирендонка и де Кра ). [c.155]
Для этого находят соотношение между поверхностью раздела А системы, состоящей из двух фаз (например, fшg) , общим объемом V,, объемами фракций VУд ш степенью дисперсности. [c.155]
Эти уравнения показывают, что А и А обратно пропорциональны среднему размеру дисперсных частиц. Размер пузырька или капли зависит не только от свойств среды обеих фаз, но в большей степени от взаимосвязи между силами, вызывающими диспергирование и коалесценцию капель. [c.156]
Последний член уравнения (У,8а) учитывает скорость образования продукта в результате гомогенной химической реакции в фазе/. Благодаря массопередаче состав реакционной фазы изменяется меньше, чем рассматриваемый объем поэтому следует применять среднюю величину скорости. [c.156]
Когда скорость реакции очень мала по сравнению со скоростью массопередачи J, состав фазы / равномерен и находится в равновесии с другой фазой. Если известно уравнение, описывающее кинетику реакции, то легко вычислить (см. стр. 160). В случае относительно быстрой реакции на распределение концентрации сильно влияет соотношение между скоростями массопередачи и гомогенной химической реакции может быть найдено только на основании экспериментального исследования связи указанных факторов со степенью дисперсности (см. стр. 160). [c.157]
В большинстве случаев одна из фаз, например фаза , является веществом, реагирующим с компонентами дисперсионной среды / (или катализатором реакции) в этом случае = 0. Тогда приведенное выше уравнение показывает, что скорость образования J равна массовому потоку У от поверхности в объем среды / значение ее положительно для образующихся веществ и отрицательно для исходных. Величина такого массового потока определяется только при совместном учете массопередачи и химической реакции на бесконечно малой поверхности раздела фаз (см. стр. 171). [c.157]


Вернуться к основной статье


© 2025 chem21.info Реклама на сайте