Массопередача с химическими реакциями в фазах

Параметры элементарных процессов. К данному классу относятся гидродинамические и физико-химические параметры, используемые для описания механизма элементарных процессов, например движения потоков фаз, тепло- и массопередачи, химических реакций. [c.47]

Протекание химической реакции приводит к изменению поля концентраций, что существенным образом влияет на величину коэффициентов массопередачи. Химическая реакция оказывает влияние на скорость процесса массопередачи в том случае, когда скорость массопередачи лимитируется сопротивлением дисперсной фазы. На практике гораздо чаще приходится сталкиваться с обычной физической массопередачей, чем с массопередачей, осложненной химической реакцией. В системе жидкость — жидкость лимитирующее сопротивление дисперсной [c.83]

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.261]

Здесь Ф - фактор ускорения, определяемый отношением потока вещества при наличии химической реакции к величине диффузионного потока при отсутствии химической реакции M=k D к , - начальная концентрация хемосорбента к - коэффициент массопередачи в фазе, где протекает химическая реакция [c.270]

Рассмотрим процесс хемосорбции в случае, когда экстрагируемый компонент вступает в химическую реакцию в объеме дисперсной фазы. Поле скоростей для течения внутри капли определим формулами Адамара - Рыбчинского, полученными для Кё<1. В гл. 1 показано, что даже при Яе<100 картина течения внутри капли меняется незначительно. Исследования по массо- и теплообмену (см. раздел 4.2) показали, что для средних Яе экспериментальные значения коэффициентов массопередачи находятся в удовлетворительном соответствии с данными теоретических расчетов, выполненных для Яе<1. Подобных же результатов следует ожидать и в случае диффузии, осложненной химической реакцией, протекающей в объеме дисперсной фазы. [c.276]

Процесс протекает в кинетической области в том случае, когда скорость массопередачи при м симальной движущей силе много больше скорости химической реакции и скорости конвективного переноса экстрактива из зоны реакции. Движущая сила максимальна, когда концентрация экстрактива в сплошной фазе равна нулю. В этом случае количество экстрактива, поступающего в колонну в единицу времени в элементе высоты колонны /г [c.293]

В ряде случаев скорость одной из стадий (диффузии или химической реакции) настолько мала, что она определяет скорость процесса в целом. Аналогичное положение характерно для некоторых процессов теплопередачи или массообмена. Определяющую стадию можно обнаружить, экспериментально изучая влияние различных переменных на скорость самого процесса. Так, например, если суммарная скорость процесса быстро возрастает с увеличением температуры в соответствии с законом Аррениуса, то определяющей стадией является химическая реакция. В других случаях скорость процесса может изменяться с изменением величины поверхности раздела фаз или расходов веществ в соответствии с закономерностями, характерными для процесса массопередачи. [c.174]

Г ипотеза о неподвижных пленках, которые, как предполагают, обусловливают все сопротивление массопередаче между фазами, послужит основой для теории абсорбции, сопровождающейся химической [ реакцией. Вначале рассмотрим медленную реакцию первого порядка в жидкостной пленке. [c.189]

IX-1-3. Сопротивление массопередаче в жидкой фазе и межфазная поверхность. Для оценки влияния химической реакции на скорость абсорбции газа необходимо знать величины и ав отдельности. Величина объемного коэффициента kiO. может быть легко измерена путем абсорбции с учетом сопротивления в газовой фазе или при полном устранении сопротивления со стороны газа в таких измерениях. Если независимо от этого определить а, то по величинам к а [c.207]

Массопередача, сопровождаемая химической реакцией (в дисперсной или сплошной фазе) от сферических одно- или двухкомпонентных пузырей или капель. [c.288]

Гетерогенная модель. Если скорость процесса массопередачи мала или сравнима со скоростью реакции Гел, то равновесие между газом и жидкостью не достигается нигде в объеме аппарата. Поэтому для расчета степени превращения уравнения (5.13) и (5.14) должны быть решены одновременно. В этом случае конверсия строго зависит от величины межфазной поверхности а, и выбор условий проведения процесса более сложен, чем в первом случае. Типичными примерами таких ситуаций являются процессы абсорбции, сопровождающиеся химической реакцией абсорбируемого компонента в жидкой фазе. [c.241]

В-третьих, в реакторах для проведения гетерогенных и гетеро-генно-каталитических процессов имеет место различный характер границы раздела фаз, тип массопередачи и, следовательно, ее механизм, хотя во всех случаях химической реакции предшествует перенос вещества через границу раздела фаз. [c.12]

Скорость химической реакции пропорциональна концентрации с, а скорость массопередачи — разности агф — с. Сумма этих движущих сил всегда равна х (I) гр. На некотором расстоянии от входа в реактор после перехода части реагента из транспортной фазы в реакционную обычно наступает состояние, близкое к динамическому равновесию [c.13]

При этом интегральная скорость химической реакции зависит от реакционного объема, а интегральная скорость массопередачи — от высоты реактора, поскольку линейная скорость дисперсной фазы почти не зависит от плош,ади поперечного сечения аппарата. Поэтому в общем случае эффективность многофазного реактора зависит как от его объема, так и от высоты. [c.117]

В двухфазном гетерогенно-каталитическом реакторе, изменяя при постоянной величине объема Ур отношение 8 я I, можно иногда наблюдать изменение эффективности аппарата. Однако в гетерогенно-каталитическом реакторе скорость химической реакции и массопередачи зависят только от линейной скорости сплошной фазы. В двухфазном жидкостном реакторе (ДЖР) интегральный эффект массопередачи зависит от времени пребывания дисперсной фазы, которое определяется высотой реактора и практически не зависит от его сечения. [c.117]

Следует еще остановиться на определении величины — межфазного коэффициента массопередачи в уравнении (10.11) — применительно к суспендированному катализатору. Поскольку в процессах с гетерогенным катализатором реакция идет на поверхности последнего, то перенос массы на границе фаз протекает в отсутствие-химической реакции. Поэтому для определения значения коэффициентов межфазного переноса в аппаратах с суспендированным катализатором, где велика доля жидкой фазы, инертной в отношении химической реакции, очевидно, можно пользоваться формулами для расчета межфазного массообмена, приведенными в гл. 12 настоящей книги. [c.188]

Воздействие химической реакции на равновесное распределение переходящего компонента между фазами учитывается при вычислении общей движущей силы массопередачи. Влиянием потока химической реакции на поток массы, как правило, пренебрегают. Таким образом, при определении коэффициентов массопередачи учет влияния химической реакции сводится к учету изменения потока массы из-за непосредственного изменения поля концентрации. Однако если скорость процесса массопередачи лимитируется сопротивлением транспортной фазы, то воздействие химической реакции на распределение концентрации переходящего компонента в реакционной фазе не может привести к изменению скорости массопередачи. Поэтому химическая реакция оказывает воздействие на скорость массопередачи только в том случае, когда скорость массопередачи лимитируется сопротивлением реакционной фазы. [c.227]

В системе жидкость — жидкость лимитирующее сопротивление реакционной фазы — явление чрезвычайно редкое. Реакция, как правило, протекает в сплошной фазе. Если коэффициенты молекулярной диффузии переходящего компонента в фазах не сильно отличаются по величине, то коэффициент массоотдачи в сплошной фазе в 6—10 раз больше, чем коэффициент массоотдачи в дисперсной фазе [6]. Лимитирующее сопротивление сплошной фазы в этих условиях имеет место при величине коэффициента распределения <0,1. Если при этом учесть увеличение скорости массопередачи в сплошной фазе под воздействием химической реакции, то становится очевидным, что лимитирующее сопротивление реакционной фазы может иметь место лишь при очень малых значениях коэффициента распределения (г ) 10 ). Столь низкие значения коэффициентов распределения в системе жидкость — жидкость встречаются сравнительно редко. [c.227]

Данквертс [24] использовал для описания массопередачи, осложненной химической реакцией, пенетрационную теорию Хигби [25]. Данквертс рассмотрел случай очень малых времен контакта фаз, в течение которых процесс массопередачи является существенно нестационарным, а конвективный перенос вещества в реакционной фазе не играет заметной роли. В рамках сделанных допущений Данквертс получил выражение для Р , р) описывающее ускорение [c.231]

Массопередача через сферическую границу раздела фаз в системе с химической реакцией изучалась в другой работе Джонсона и Ока-ката [43]. Авторы рассмотрели стационарную задачу о массопередаче, осложненной химической реакцией, от твердых и жидких сфер при низких значениях критерия Ке для случая реакции первого порядка. [c.233]

Этот факт получил объяснение в работах Крылова [49, 50]. Границы применимости пенетрационной модели рассматривались в работах [51—53]. Очевидно, что пенетрационная модель справедлива 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 данном значении движущей силы процесса. Наличие химической реакции в объеме сплошной фазы существенно сказывается не только на скорости массопередачи, но и на времени релаксации процесса. Крылов [50] решил задачу о нестационарной диффузии в системе с химической реакцией в рамках приближения диффузионного пограничного слоя и установил границы применимости пенетрационной модели для решения подобных задач. Было показано, что для [c.233]

В подавляющем большинстве двухфазных жидкостных реакторов жидкость—жидкость или жидкость—газ химическое взаимодействие происходит в сплошной фазе. Поэтому наибольший интерес при расчете скорости массопередачи, осложненной химической реакцией, представляет случай, когда процесс массопередачи лимитируется сопротивлением сплошной реакционной фазы. [c.237]

Рассмотрим случай, когда скорость химической реакции достаточно велика по сравнению со скоростью молекулярной диффузии, т. е. выполняется условие /з > 10, где фактор определяется соотношением (12.25). Эта задача была решена в работе [55], авторы которой воспользовались для этого случая решением задачи о массопередаче через плоскую границу раздела фаз. [c.237]

Далее будут приведены математические формулы для расчета массопередачи между фазами вследствие разности концентраций. Часть этих формул не зависит от интерпретации механизма диффузии, а также и от возможного появления спонтанной турбулентности. Разница, возникающая от принятия той или иной теории, приводит в основном к иной структуре коэффициентов массообмена. Появление химических реакций также меняет структуру кинетических коэффициентов. [c.62]

По Льюису, согласованность обоих коэффициентов (экспериментального п расчетного) свидетельствует о том, что межфазное сопротивление по сравнению с сопротивлением обеих фаз исчезающе мало может быть опущено. Для этих систем механизм перемещения молекул, принятый двухпленочной теорией, может считаться справедливым. Массопередача становится энергичнее под влиянием спонтанной межфазной турбулентности и замедляется, если на поверхности фаз происходят медленные химические реакции, которые создают дополнительные сопротивления массопередаче [уравнения (1-80), (1-81)]. [c.82]

Скорость процесса хемосорбции определяется как скоростью химической реакции, так и величиной коэффициента массопередачи, который может быть рассчитан по одной из рассмотренных выше теорий межфазного переноса (пленочная теория, теория обновления поверхности контакта фаз, теория межфазной турбулентности и т. д.). [c.166]

Гомогенная реакция в одной и более фазах Гетерогенная реакция на границе раздела двух фаз Гомогенная реакция с удалением продукта (например, экстракция жидкости жидкостью, стр. 157) Реакция на поверхности твердого катализатора (стр. 171) Массопередача с химической реакцией(например, химическая абсорбция газа, стр. 160) Реакции в слое псевдо-ожиженного твердого тела (например, сжигание углерода, стр. 181) [c.153]

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]

Причину ускорения массопередачи химическими реакциями легко объяснить с помощью теории диффузионного пограничного слоя.-Предположим, что массопередача происходит между двумя хорошо перемешаннылга фазами. Тогда основное изменение концентрации переносимого компонента будет происходить в тонкой области, прилегающей непосредственно к границе раздела фаз. или, как говорят, в диффузионных слоях. Именно в них сосредоточено основ- ное сопротивление массопередаче, и толщина этих слоев определяет i скорость экстракции. [c.382]

Результаты расчетов коэффициентов массопередачи на основе каждой из этих теорий имеют близкие значения. В связи с этим для описания хода процесса абсорбции с одновременной химической реакцией обычно используется теория пограничных пленок, дающая возможность более простого математического решения. Однако для анализа явления все чаще применяется пенетрацион-ная модель. Большим достоинством такого подхода к процессу переноса массы, осложненного одновременным протеканием химической реакции, является возможность определения величины поверхности контакта фаз на основе результатов исследований хода абсорбции. [c.251]

Массопередача с быстропротекающей химической реакцией на плоской границе раздела фаз в приближении пленочной теории впервые рассматривалась в работе Хатта [388], а затем в исследованиях Позина [389], Ван Кревелена [390] и других. В дальнейшем эта модель была [c.265]

Исследованию и расчету колонных химических реакторов и процессам абсорбции и десорбции в колонных аппаратах посвящена об-щирная литература. Больщинсгво работ относится к экспериментальному изучению конкретных систем и получению эмпирических формул дпя расчета аппаратов. В ряде работ применяются пленочная и пенетрационная модели массопередачи с химическими реакциями, изложенные в гл. 6. Поскольку, однако, эти модели разработаны для случая постоянства концентрации хемосорбента и абсорбтива (экстрактива) в сплошной и дисперсной фазах, их применение дпя расчета прямо- и противоточных аппаратов затруднено. Обычно при расчете колонных аппаратов полагают, что коэффициент ускорения массообмена вследствие протекання химических реакций постоянен по высоте колонны. Это допущение может привести в ряде случаев к существенным ошибкам. [c.286]

При изучении массообмена, осложненного химическими реакциями как в дисперсной, так и в сплошной фазах в колонных аппаратах,ограничимся рассмотрением сравнительно небольших задержек дисперсной фазы, не превышающих 15 %. В гл. 6 были приведены экспериментальные данные, согласно которым при задержке дисперсной фазы менее 15 % измеренные величины коэффициентов массопередачи в единичные капли и в стесненном потоке в пределах разброса опьггных данных совпадают. Поэтому при вьшоде уравнений массообмена в колонных аппаратах мы не будем учитьшать стесненность потока. Отметим, что в подавляющем большинстве абсорбционных, экстракционных и теплообменных колонных аппаратов с дисперсной фазой задержка дисперсной фазы не превьппает указанной величины. [c.299]

В гл. 6 указьшалось. что определение коэффициента массопередачи, оспожненной химической реакцией, зависит от выбора выражения для движущей силы. Примем, как и ранее, что движущая сила равна разности между концентрацией, равновесной к сплопшой фазе, и средней концентрацией по обьему частицы, т. е. (у/ф) - l. 3 соответствии с этим коэффициент массопередачи определяется соотношением (8.31), в котором С следует заменить на С,. Локальные и средние по времени значения критерия Шервуда определяются выражениями (8.32), (8 3) и (8.34). [c.309]

Существуют три параллельных механизма воздействия химической реакции на скорость массопередачи. Во-первых, наличие в системе химической реакции, как правило, оказывает влияние на установление равновесного распределения переходящего компонента между фазами и тем самым иа движущую силу процесса массопередачи независимо от способа ее выражения. Во-вторых, химическая реакция оказывает влияние на величину коэффициента массопередачи независимо от способа его выражения, т. е. независимо от способа выражения движущей силы процесса. Взаимное влияние химической реакции и процессов переноса рассматривается термодинамикой необратимых процессов. Общий подход к вопросу разработан Де Гроотом и Мазуром [1], которые рассмотрели процесс теплопередачи в системе с химической реакцией. Вопросы взаимного влияния массопередачи и химической реакции с позиций термодинамики необратимых процессов рассматривались Оландером [2], а также Фридлендером и Келлером [3]. Хотя количественные результаты были получены 13] лишь для области очень малых отклонений от химического равновесия, однако качественно было показано, что наличие объемной реакции приводит к увеличению потока массы. [c.226]

Модель массопередачи в системах с химической реакцией на базе двупленочной теории Уитмана — Льюиса [И, 12] была разработана Хатта [13] и Позиным [14]. Модель Хатта — Позина использовалась для описания процесса хемосорбции многими исследователями, и в некоторых частных случаях ее применение дает удовлетворительные результаты [15—18]. Тем не менее очевидно, что использование классической двупленочной теории [19] применительно к процессам хемосорбции на сферической границе раздела фаз не может дать надежных методов расчета аппаратуры. [c.231]

В случае, когда процесс массопередачи лимитируется сопротивлением дисперсной фазы, переход от распылительной колонны к каскаду распылительных колонн — тарельчатой колонне — связан с выбором оптимального расстояния между тарелками. На первый взгляд наиболее выгодным с точки зрения массообмена является минимальное расстояние между тарелками, так как уменьшение времени контакта (расстояние между тарелками) приводит к увеличению среднего значения коэффициента массопередачи. Однако уменьшение расстояния между тарелками выгодно лишь до определенного предела. Дело в том, что в тарельчатой колонне как процесс массопереноса, так и химическая реакция происходят не во всем объеме между тарелками. Диспергирование на каждой из тарелок осуществляется нод действием разности удельных весов фаз, что требует наличия на каждой тарелке слоя скоагулировавшейся дисперсной фазы. Объем, занимаемый скоагулировавшейся дисперсной фазой, не принимает участия в процессе массопередачи и слабо участвует в химическом взаимодействии. При этом слой диспергируемой жидкости [c.257]

Из опытов Льюиса следует, что интенсивнбсть массообмена в экстракционной системе может соответствовать ожидаемой только тогда, когда не возникает спонтанная турбулентность или не происходит реакция на поверхности контакта фаз. В системах, в которых возникают эти явления, при соответствующих температурах можно получить полное изменение величины отдельных сопротивлений и их соотношений, в связи с чем поведение системы может не согласоваться с теоретическими предположениями. Так например, если вынужденная турбулентность мала и сопротивление массопередачи значительно превышает сопротивление реакции на поверхности фаз, то коэффициенты—опытный и вычисленный—могут быть бя зк друг к другу. При росте вынужденной турбулентности сопротивление массопередачи может настолько уменьшиться, что главная роль перейдет к сопротивлению химической реакции, и тогда коэффициенты—онытный и вычисленный—могут очень сильно различаться по своей величине. [c.83]

Исследование реакторов для систем газ—жидкость с целью их эасчета и проектирования ведется в следующих направлениях 10] изучение механизма и скорости процесса массопередачи, осложненного химической реакцией моделирование структуры потоков двухфазной системы оценка влияния продольного перемешивания на эффективность реакторов определение межфазной поверхности, удерживающей способности, перепада давления. Важным вопросом является выбор типа реактора. Сравнение коэффициентов массоотдачи по жидкой фазе для систем газ—жидкость в различных реакторах приведено в табл. 4.1 [10]. [c.83]

Несмотря на различную физико-химическую природу рассмотренных выше процессов, разработка математических моделей каждого из них и методология определения параметров во многих аспектах имеет много общего. Прежде всего для каждого из процессов характерны такие этапы, как исследование условий химического и фазового равновесия, причем для большинства из пих по единой методологии и одним и тем же моделям оценка гидродинамической структуры систем с двумя (и более) фазами применительно к выбранному типу оборудования оценка параметров кинетических закономерностей (коэффициентов массопередачи, площади поверхности раздела фаз, коэффициентов диффузии и т. д.) для учета реальных условий массоиереноса установление механизма химических реакций и оценка параметров (для процессов химического превращения, хеморектификации, хемосорбции), выбор разделяющего агента (для комплексов с разделяющими агентами). [c.94]

Рассмотрим кинетику массопередачи в процессе многокомпонентной хеморектификации, принимая следующие предположения а) химическая реакция протекает только в жидкой фазе б) кинетика реакций может быть сведена к линейной относительно вектора, составов. Принятые предположения не снижают общности поставленной задачи, так как, во-первых, в большинстве хеморектифи-кационных процессов реакции протекают в жидкой фазе или химическое взаимодействие в паровой фазе настолько мало, что им можно пренебречь без ущерба для точности расчетов, и, во-вторых,, кинетика любых реакций может быть сведена к линейной относительно вектора составов [78]. [c.349]

Основу математического описания массопередачи в процессах хеморектификации составляют уравнения, определяющие диффузионные потоки компонентов (7.219). Для расчета коэффициентов-массоотдачи в паровой фазе можно воспользоваться, как и ранее, решением уравнений Максвелла—Стефана, а коэффициенты массоотдачи в жидкой фазе г) с учетом химической реакции определяются следуюпщм образом. [c.349]

В этом разделе будет рассмотрена гомогенная реакция, проте-каюш ая между веществами А ж В ъ одной реакционной фазе, в то время как А поступает из другой фазы путем массопередачи. Анализ соотношения между массопередачей и химической реакцией в конце концов приводит к выражениям для потока вещества А через поверхность раздела фаз и общей степени превращения А и В. Эти выражения получены из материального баланса (У,8в) и с их помощью можно произвести расчет реактора, как указано в главе II. [c.160]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология