ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кишиневский, Т. С. Корниенко. К кинетике экстракции, сопровождающейся химической реакцией из "Жидкостная экстракция" Теоретическое описание элементарных актов массопередачи в системах жидкость — газ и жидкость — жидкость при наличии объемных химических реакций обычно основывается на так называемой модели проницания [1]. В этой модели рассматриваются весьма малые времена контакта фаз, в течение которых процесс массопередачи является существенно нестационарным, а конвективный перенос вещества в фазе, лимитирующей скорость процесса, не играет заметной роли. Очевидно, что такая модель правомерна только в тех случаях, когда время контакта фаз мало по сравнению с характерным временем релаксации диффузионного процесса, т. е. с временем установления стационарного диффузионного потока при заданном значении движущей силы. [c.145] Наличие в системе объемных химических реакций существенно сказывается не только на результирующей скорости массообмена, но также и на времени установления стационарного режима процесса. По этой причине представляется весьма целесообразным решить задачу о нестационарном конвективном массопереносе в системах с объемными химическими реакциями и установить область применимости к таким системам широко используемой модели проницания. [c.146] Сравнение разложений (10) и (И) показывает, что формулы, даваемые теорией проницания, справедливы лишь при весьма больших значениях параметра /ге (тга 1). Поскольку формула (9) была получена в предположении, что числа Рейнольдса во внешней жидкости малы по сравнению с единицей, то значения т, при которых эта формула справедлива, ограничены условием тге к (1 - - л )/ 7 (Уа — кинематическая вязкость внешней жидкости). По этой причине модель проницания заведомо не может быть применима к каплям, движущимся с малыми числами Рейнольдса, если значение константы скорости химической реакции заключено в интервале О /с I/Vvг (1 + И ) Ширина этого интервала определяется скоростью движения капель и в реальных условиях может достигать 100 сек . [c.148] В теории абсорбции, осложненной химическими реакциями, за последние годы достигнуты определенные успехи. Полученные на основе так называемой модейи проницания формулы для расчета ускорения, вызванного химической реакцией, были подтверждены экспериментально в целом ряде исследований. Однако в литературе встречаются высказывания о пеобосноваппости модели проницания. -Это можно объяснить лишь тем, что при изложении сущности модели проницания не четко форму.тируются ее основные положения и не всегда применяется достаточно удачная терминология. [c.150] Строгое решение математической задачи, связанной с установлением аналитического выражения для потока массы, в большинстве-случаев встречает значительные трудности. Даже для численного-решения многих диффузионных задач, особенно, если диффузия осложнена химической реакцией, нельзя обойтись без упрощающих допущений. [c.151] Однако в ряде случаев, имеющих практическое значение, строгое описание процесса не обязательно. Из множества факторов,, входящих в общие условия задачи, необходимо отобрать лишь те, которые заметно влияют на конечный результат. Решение при этом носит, конечно, частный характер, и необходимо установить границы его применимости. [c.151] Существенное упрощение задачи достигается, если принять, чта движение фазы, в которой протекает химическая реакция, ламинарное, а продольная составляющая скорости не изменяется в поперечном направлении вблизи поверхности раздела фаз. Физическую сущность модели проницания обычно и сводят к этим двум допущениям, хотя нередко с ней ассоциируют также представление о нестационарном течении процесса за время контакта фаз (такое представление является недоразумением, ибо, если система координат фиксирована в пространстве, то как бы мало ни было время контакта фаз, процесс относительно этой системы отсчета протекает стационарно). Остановимся на указанных выше двух допущениях. [c.151] Нельзя не признать, что если физическая сущность теории сводится к допущениям о ламинарном движении и отсутствии градиента скорости на границе раздела, то такая теория представляется весьма отвлеченной и, следовательно, пе заслуживающей внимания, так как на практике стремятся к турбулизации взаимодействующих фаз, а трение между фазами всегда сопровождается возникновением градиента скорости. Суть дела, однако, заключается в том, что в основе так называемой модели проницания лежат не указанные выше допущения, а допущение о кратковременности контакта фаз. Именно из этого допущения вытекают первые два допущения, которые, таким образом, являются не основными, а производными. [c.151] Все сказанное позволяет заключить, что рассматриваемую модель правильнее называть не моделью проницания, а моделью кратковременного контакта фаз, чего мы и будем придерживаться в дальнейшем. [c.152] Приведенные уравнения показывают, что модель кратковременного контакта фаз является более обоснованной, чем модель неподвижной пленки. [c.152] Расчет по ней, однако, дает результаты, отклоняющиеся от результатов, полученных по уравнению (1), не более чем на 7%. [c.153] Такое совпадение результатов указывает на то, что расчет ускорения, вызванного химической реакцией, мало чувствителен к довольно существенным упрощениям картины течения. Вызвано это, по-видимому, тем, что ускоряющий фактор является отношением двух градиентов концентрации на границе раздела фаз — при наличии химической реакции и без нее. Рассчитанные на основе той или иной модели значения этих градиентов тем менее точны, чем больше отступлений от реальной картины течения заключено в самой модели. Однако в ряде случаев степень отклонения от истинных значений градиентов, рассчитанных с помощью упрощенных картин течения, оказывается практически одинаковой для диффузии с химической реакцией и без нее, вследствие чего сделанные упрощения не влияют на величину ускоряющего фактора. В подтверждение этих соображений можно привести результаты теоретических работ [3, 4], в которых рассматривалось растворение твердых поверхностей в потоке жидкости, сопровождающееся мгновенной химической реакцией, и при этом учитывался реальный профиль скоростей/В случае равенства коэффициентов диффузии взаимодействующих молекул ускоряющий фактор имеет точно такое же значение, как и при полном игнорировании поля скоростей. Отклонения становятся существенными только при большом различии коэффициентов молекулярной диффузии, но такие случаи на практике встречаются редко. [c.153] Все это позволяет заключить, что даже модель неподвижной пленки, несмотря на всю ее нереалистичность, может быть использована для приближенного расчета ускорений, вызываемых химическими реакциями. Более того, вследствие своей простоты она позволяет получить приближенные решения для задач со сложной химической кинетикой, где применение модели кратковременного контакта фаз наталкивается на большие трудности математического характера. [c.153] Б литературе приводятся также решения других задач, основанные на применении модели кратковременного контакта фаз [8]. [c.154] Представляло интерес проверить возможность применения приведенных выше формул к-расчету экстракции, осложненной химической реакцией. В связи с этим нами были поставлены опыты по экстракции бензойной кислоты из бензола водными растворами едкого натра в сосуде диаметром 134 мм, снабженном мешалкой, которая перемешивала обе взаимодействующие фазы (74 об1мин). Выбранный объект относится к случаю мгновенной необратимой химической реакции. В таблице приведены опытные и рассчитанные по уравнению (2) значения ускоряющего фактора, а также все необходимые для расчета величины. Как видно, согласованность опытных и расчетных значений в целом удовлетворительная. [c.154] Весьма желательны дальнейшие экспериментальные исследования в этой области. [c.154] Коэффициент массоотдачи в водной фазе 0,78 Ю сж/сев коэффициент массоотдачи в органической фазе 2,0-10 3 см сещ г = 2,20. [c.155] Вернуться к основной статье