Массопередача, сопровождающаяся химической реакцией

Экстракцию можно рассматривать как процесс массопередачи, происходящий в результате существования разности химических потенциалов переносимых веществ в фазах. В общем случае массопередача сопровождается химическими реакциями. При экстракции неорганических веществ они протекают практически всегда, так как в основе такого процесса обычно лежит химическое взаимодействие извлекаемых компонентов с экстрагентом. В зависимости от типа экстрагируемого вещества и его состояния в водном и органическом растворах в системе могут протекать самые разнообразные химические реакции. Однако общими для всех типов экстракционных систем являются реакции, предшествующие образованию экстрагируемого соединения, и реакции образования экстрагируемого соединения (или экстрагируемых соединений) [I 3]. [c.145]

Стадия массопередачи к наружной поверхности гранул и стадия химической реакции на поверхности катализатора последовательны одна по отношению к другой, а диффузия в порах сопровождается реакцией. Поэтому процесс массопередачи и химическую реакцию можно анализировать раздельно, по очереди, тогда как процесс диффузии в порах и химическая реакция на их поверхности должны исследоваться совместно. [c.412]

Расчеты аппаратов, в которых процессы массообмена сопровождаются химическими реакциями, носят оценочный характер и могут выполняться различными способами. Наиболее простым и практически удобным является подход, изложенный в [46]. Предполагается, что движущая сила процесса хемосорбции равна движущей силе физической абсорбции, а ускорение процесса массообмена химической реакцией учитывается поправкой к коэффициенту массопередачи в жидкой фазе, определенному по критериальным зависимостям для физической абсорбции. Величины поправок для двух типов химических реакций, называемые коэффициентами ускорения к, представлены на графике рис. 5.45. [c.358]

В настоящее время наиболее полно разработаны методы расчета массопередачи лишь с необратимой реакцией. Между тем, многие практические задачи относятся к процессам массопередачи с обратимой химической реакцией. Известны случаи, когда хемосорбция в верхней части аппарата сопровождается необратимой реакцией, а в нижней — обратимой. Отсюда необходимость анализа и обобщения теоретических основ массопередачи с химической реакцией произвольной скорости. [c.5]

Протекание химической реакции, как правило, сопровождается заметными тепловыми эффектами. Исследование неизотермической массопередачи с химической реакцией первого порядка позволило сделать вывод,о том, что при некотором критическом значении чисел Био и Марангони возможно возникновение на межфазной поверхности температурных градиентов, приводящих к поверхностной конвекции [131]. В частности, определены условия, при которых возможно возникновение нестабильности поверхности в системе хлор — толуол. Хотя анализ содержит ряд допущений (независимость константы скорости реакции и коэффициентов массо- и теплоотдачи от температуры и др.), представляет большой интерес вывод об экстремальной зависимости критического значения числа Марангони от критерия Био. [c.100]

Массопередача при экстракции. В общем случае процесс экстракции сопровождается химическими реакциями. Если скорость экстракции лимитируется скоростью химической реакции, интенсификация процесса возможна только за счет увеличения скорости реакции. В этом случае скорость экстракции не зависит от эффективности перемешивания фаз и от поверхности фазового контакта, так как химическая реакция протекает равномерно по всему объему реакционной смеси. В переходной области зона химической реакции располагается возле границы раздела фаз. Скорость экстракции и толщина этой зоны определяются одновременно скоростями диффузии и химической реакции. С увеличением лимитирующего значения диффузии на скорость процесса экстракции зона химической реакции суживается и практически совпадает с поверхностью раздела фаз, либо реакция протекает на поверхности, расположенной параллельно на некотором расстоянии [9]. [c.44]

Очевидно, увеличение цоверхности раздела фаз и интенсивности перемешивания сопровождается ростом скорости массопередачи и может привести, в случае массопередачи с химической реакцией в объеме одной, обеих фаз или на поверхности, при достаточно больших значениях этих переменных (интенсивности перемешивания и поверхности раздела фаз), к переходу из диффузионного режима в смешанный, а затем в кинетический режим с реакцией в объеме фаз или на поверхности их раздела. В случае реак-дии в объеме фаз при их диспергировании скорость в смешанном режиме в начале процесса зависит от интенсивности перемешивания, но с некоторого момента может стать независимой от этой интенсивности, что служит надежным доказательством перехода в кинетический режим с реакцией в объеме (скорость реакции стала малой в результате уменьшения концентрации реагентов). Однако при реакции в поверхностном слое увеличение интенсивности перемешивания при диспергировании фаз сопровождается увеличением поверхности и поэтому ростом скорости экстракции. Это может привести к ошибочному заключению, что процесс протекает в диффузионном или смешанном режиме. [c.16]

Механическое перемешивание в системах жидкость—газ обычно осуществляется при проведении процессов, скорость которых лимитирована массообменом в сплошной фазе, т, е. при абсорбции труднорастворимых газов. В этом случае основное сопротивление массопередаче оказывается в сплошной фазе. При чисто физической абсорбции мешалки обычно не используются. Чаще их применяют для систем, в которых абсорбция сопровождается химической реакцией. Вероятно, это обусловлено малой растворимостью газа в жидкости, а при химической реакции растворимость газа возрастает в несколько раз. Типичные случаи перемешивания систем жидкость—газ — это процессы гидрирования, хлорирования, ферментации, биологической очистки воды и т. п. Необходимо отметить, что для многих химических реакций с малыми скоростями требуется длительное время контакта (пребывания), что легко может быть осуществлено в аппарате с мешалкой. Перемешивание дает возможность создания большой межфазной поверхности. Это вызывает значительное повышение коэффициентов массопередачи, рассчитанных на единицу объема, и, кроме того, незначительный рост этих коэффициентов, отнесенных к единице межфазной поверхности. [c.328]

При проведении химических реакций часто применяют контактирование газов или жидкостей с твердыми частицами. В наиболее распространенных случаях твердое вещество является катализатором. Обычно твердое вещество гранулируют для улучшения его реакционной способности или когда оно используется в нагревателях в качестве твердого теплоносителя. Такие процессы чаще всего проводят в потоке, и течение сопровождается падением давления по направлению потока. Кроме того, обычно наблюдаются значительные тепловые эффекты, а иногда сам процесс лимитирует скорость диффузионной массопередачи. Нередко все эти явления сопутствуют друг другу. [c.241]

Основным показателем при оценке работы реактора является его производительность, выражаемая количеством продукта, образованным в единице объема реактора за единицу времени. Производительность определяется прежде всего скоростью, с которой развивается процесс. Обычно химическая реакция, проводимая в реакторе, сопровождается физическими явлениями массопередачи. Поэтому в отличие от скорост химической реакции пользуются понятием общей (глобальной) скорости процесса. Общую скорость получают суммированием скоростей всех химических и физических этапов процесса по определенным законам. Скорость реакции, общая скорость процесса и производительность реактора могут иметь одинаковые единицы измерения. [c.17]

Перспективно применение центробежных экстракторов в производствах ядерного горючего, в технологии редких и цветных металлов. Здесь массопередача часто сопровождается быстрыми химическими реакциями и требует экстракционной аппаратуры с большой межфазной поверхностью. [c.341]

Согласно Пратту, в тех случаях, когда массопередача сопровождается медленной обратимой химической реакцией /п-ного порядка в прямом и п-ного порядка в обратном направлениях, скорость переноса массы М описывается уравнением [c.49]

Химический процесс, проводимый в реакторе, отличается от химической реакции тем, что он обычно сопровождается физическими явлениями переноса вещества (массопередачей) и протекает часто по сложному физико-химическому механизму. Поэтому в отличие от скорости химической реакции (микрокинетики) для его описания пользуются понятием общей скорости процесса (макрокинетикой). В этом случае совершенно необходимым становится знание не только механизма химического процесса, но и его макрокинетики и термодинамики, которые [c.457]

Приемы ускорения абсорбционно-десорбционных процессов зависят от области протекания процесса. В кинетической области, когда абсорбция сопровождается медленной химической реакцией, для ее ускорения повышают температуру, начальные концентрации реагентов, давление. Скорость абсорбции в диффузионной области увеличивают а) развитием межфазной поверхности б) турбулизацией и интенсивным перемешиванием газа и жидкости для повышения коэффициента массопередачи в) понижением температуры для увеличения движущей силы процесса Ар или АС (снижения р или С ) г) повышением начальной концентрации поглощаемого компонента в газе рт.я или общего давления Р. [c.114]

Если процесс абсорбции сопровождается протеканием химической реакции, то последняя сильно интенсифицирует процесс массопередачи. Это связано с увеличением движущей силы процесса диффузии, обусловленным исчезновением реагирующих веществ [c.94]

Во многих практически важных случаях массопередача необходима, чтобы привести в контакт химические реагенты и тем самым обеспечить возможность протекания химической реакции. Так, например, для более быстрого и полного растворения газа в жидкой фазе в сравнении с чисто физическим растворением можно воспользоваться реакциями реакции в полимерах сопровождаются повышением молекулярной массы, при этом иногда их протекание зависит от подвода или удаления летучих соединений при получении азотной кислоты проводят реакцию в жидкой фазе между водой и растворенными газообразными оксидами азота. Реакция может воздействовать на растворимость таких газообразных соединений, и, кроме того, скорость растворения может возрастать, если в критической области вблизи границы раздела фаз скорость реакции достаточно велика в сопоставлении со скоростью диффузии. В настоящей главе как раз и преследуется цель дать некоторое представление о характере взаимного влияния скоростей диффузии и гомогенной реакции в условиях массопередачи через границу раздела фаз, которое иногда приводит к увеличению коэффициента массопередачи. [c.332]

Если скорость процесса в системе ж — ж полностью контролируется скоростью реакции, то она не должна зависеть от поверхности контакта фаз и, следовательно, от степени перемешивания. Однако это не всегда справедливо. Процесс, который, как кажется, не зависит от перемешивания, при скорости особенно выше средней, не будет контролироваться только химической кинетикой. Как указывалось при обсуждении нитрования ароматических соединений, любое возрастание межфазной поверхности за счет перемешивания будет сопровождаться уменьшением размеров капель. Это приведет к снижению коэффициента массопередачи в дисперсной фазе вследствие уменьшения внутренней циркуляции в каплях п взаимоде -ствия капель. Приведенные факторы могут компенсировать друг друга и тогда окажется, что процесс, контролируемый массопередачей, не зависит от интенсивности перемешивания. В результате единственно твердый вывод будет таким, если скорость процесса зависит от степени перемешивания, значит важны явления массопередачи. Принимается, что перемешивание достаточно для получения однородной дисперсии. [c.374]

Без исследования зависимости скорости от интенсивности перемешивания и поверхности раздела фаз, в общем случае, нельзя сделать вывод о механизме (режиме) экстракции. При реакции в объеме фаз время, необходимое для достижения равновесия в кинетическом режиме (при массопередаче с химической реакцией), является минимальным и никакие аппара-> урные решения не уменьшат его. Это можно сделать "Отолько изменением скорости реакции, меняя концент-О ацию компонентов, повышая температуру, используя катализаторы. В связи с этим при исследовании инетики экстракции целесообразно определять ско- ( ость в условиях интенсивного перемешивания и ольшой поверхности, которые обеспечивают кинетический режим (если массопередача сопровождается химической реакцией). Это позволит оценить минимально необходимое время контакта и решить вопрос о возможности или целесообразности применения аппаратов с данным временем контакта. [c.17]

Массопередача при перемешивании осуществляется в результате конвективной диффузии распределяемого вещества в фазах и в основном молекулярной диффузии через тонкий поверхностный слой. Переход через границу раздела фаз во многих случаях сопровождается химической реакцией образования экстрагирующегося соединения. [c.197]

Анализ данных рис. 7.9 еще раз подтверждает высокую эффективность массопередачи с химической реакцией по сравнению с эффективностью чисто массообменных процессов (кривая /), даже если массопередача сопровождается существенно обратимой реакцией (кривые 2—5). Для одной и той же конструкции аппарата и одного и того же хемосорбента значения К тй могут существенно различаться, что обусловлено различными технологическими условиями. Так, срав1штельно низкие значения K rd для абсорбера № 1 (кривая 6) объясняются пониженной концентрацией хемосорбента (fio= = 2,19 кмоль/мЗ) по сравнению с К тЯ для абсорбера № 2 (кривая 7), где fio = 3,19 кмоль/м . С повышением температуры увеличивается скорость хемосорбции (кривая 8 для абсорбера № 3, где ti = 74° ), так что даже при сравнительно невысокой [c.213]

Физико-химические процессы, такие как ректификация, абсорбция, экстракция, сушка, гетерогенный катализ, связаны с переносом вешества из одной фазы в другую через их границу т. е. с массопередачей. В обшем случае этот сложный процесс включает перенос вешества в пределах каждой фазы и через границы их раздела. Часто межфазный массоперенос сопровождается химическими реакциями, протекаюшими в объеме или на границе раздела фаз. Перенос массы в пределах одной фазы к границе раздела называют массоотдачей [42]. [c.347]

К медленным реакциям, определяющим общую скорость процесса, относятся многие реакции в системе жидкость — жидкость, играющие важную роль в основной органической промышленности (например, нитрование, сульфирование и гидролиз). Эти процессы по традиции не относятся к экстракционным, а рассматриваются как химические гетерофазные реакции. Проектирование аппаратов для таких процессов основывается скорее на расчете и конструкции реактора с учетом скорости реакции, а не скорости массопередачи. Протекание этих химических реакций сопровождается большими тепловыми эффектами и включает, как и экстракция, процесс массопередачи. Единственное различие заключается в относительных значениях скорости массопередачи. Представляет интерес найти возможность иереноса определенных закономерностей из одной группы процессов в другую. [c.359]

С помощью описанных методов к настоящему времени накоплен обширный фактический материал, указывающий на то, что массопередача при экстракции неорганических веществ нейтральными, основными и кислыми (в том числе хела-тообразующими) агентами сопровождается рядом межфазных явлений, весьма существенно влияющих на кинетику диффузионного переноса. Речь идет прежде всего о поверхностных химических реакциях, возможность протекания которых учитывается еще не всегда [108, 109]. [c.190]

Процессы производства минеральных солей разнообразны соответственно огромному ассортименту солей. Однако технологические схемы производства почти всех солей включают типовые процессы, общие для солевой технологии. Типовые процессы солевой технологии измельчение твердых материалов (сырья, спека), обогащение сырья, сушка, обжиг, спекание, растворение, выщелачивание, отстаивание, фильтрация, выпаривание, охлаждение растворов, кристаллизация, процессы характерны для любого солевого производства. В технологии солей часто применяются также процессы абсорбции и десорбции. Большинство типовых процессов основано на физических методах переработки, особенно на стадиях подготовки сырья и окончательной доработки продукта. Образование же минеральных солей происходит в результате процессов,- основанных на химических реакциях при обжиге, спекании, выщелачивании, абсорбции. Выщелачивание природного сырья (или спеков) сопровождается реакциями обменного разложения. При обжиге идут окислительно-восстановительные реакции. Хемосорбционные процессы, лежащие в основе синтеза солей, сопровождаются реакциями нейтрализации. Подавляющее большинство процессов производства солей идет в диффузионной области и описывается общим уравйением массопередачи [c.71]

Основное значение для создания новых технологических процессов имеет изучение механизма и кинетики реакций в лабораторных условиях. Однако для практики этого все же недостаточно, так как та или иная химическая реакция, осуществляемая в лаборатории, как правило, не может быть непосредственно воспроизведена в промышленности. Каждая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением тепла, изменением концентрации реагирующих веществ и таким образом ослож1няется явлениями тепло- и массопередачи, которые существенным образом влияют на скорость протекания реакций в промышленных условиях, производительность агрегатов и в конечном счете на экономику. Опытно-промышленная проверка и проведение укрупненных исследований на предприятиях значительно об-. легчают задачу определения технико-экономических показателей получения продуктов в новых процессах. [c.16]

Во многих промышленных процессах очистки газовых потоков абсорбционным методом поглощение целевого компонента жидким поглотителем сопровождается химическим взаимодействием молекул абсорбтива с молекулами активного компонента абсорбента и переходом его в связанное состояние. При этом концентрация компонента в жидкости уменьшается, что приводит к увеличению градиента концентраций и ускорению поглощения абсорбтива в жидкой фазе по сравнению с физической абсорбцией. Таким образом, в этом случае кинетика абсорбции определяется не только скоростью массообмена, но и кинетическими закономерностями реакции. В зависимости от того, какая скорость определяет общую скорость переноса массы целевого компонента, различают кинетическую и диффузионную области протекания хемосорбции. В кинетической области лимитирующей является скорость химического взаимодействия, в диффузионной области — скорость диффузии целевого компонента в зоне реакции Если скорости реакции и массопередачи соизмеримы по величине, то процесс протекает в смешанной, диффузионно-кинетической области. [c.244]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология