Массопередача с химической реакцией диффузионное и химическое сопротивление

Коэффициент массопередачи определяется диффузионными сопротивлениями сплошной и дисперсной фаз, а также возможным сопротивлением на поверхности раздела фаз и сопротивлениями, обусловленными медленной химической реакцией. Диффузионные сопротивления фаз являются причиной возрастания/С с увеличением [c.442]

Барботажные аппараты используются в основном для процессов взаимодействия жидкости с газом, когда химическая реакция проходит в жидкой фазе. В целом процесс химического превращения складывается из двух стадий 1) массопередача от газа к жидкости 2) химическая реакция в жидкой фазе. Таким образом процесс химического превращения может лимитироваться 1) диффузионным сопротивлением в газовой фазе 2) диффузионным сопротивлением в жидкой фазе 3) скоростью химической реакции. От того, какая стадия представляет наибольшее сопротивление, зависит и методика расчета процесса. [c.54]

В предыдущем разделе было показано, что термическая устойчивость ДЖР характеризуется соотношением скоростей химической реакции, тепло- и массопередачи. Действительно, кривые, приведенные на рис. 9.2 и 9.4, показывают, что в большинстве случаев реактор термически устойчив уже при у 0,9, т. е. наличие сравнительно небольшого диффузионного сопротивления часто обеспечивает термическую устойчивость реактора. Однако температурная зависимость скорости процесса определяется не только изменением скорости химической реакции. [c.178]

Реакции в системе жидкость — жидкость должны рассматриваться на основе теории массопередачи с одновременной химической реакцией. Теоретические рассуждения показывают, что такие процессы могут быть отнесены к гомогенным реакциям только тогда, когда скорость химического превращения очень мала. Вероятно, что скорости всех действительно важных промышленных реакций в системе жидкость — жидкость зависят от диффузионных сопротивлений. [c.376]

Гетерогенная реакция всегда протекает последовательно с массопереносом, поэтому возможно простое арифметическое сложение диффузионного и химического сопротивлений [21]. Таким образом, гетерогенная реакция оказывает дополнительное сопротивление массопередаче, но не влияет на коэффициенты массоотдачи. Поскольку в схеме на рис. 10-1, б исключена всякая возможность перехода непрореагировавших молекул через границу раздела фаз, теряется прежняя основа для сравнения и смысл фактора ускорения. Оценить влияние поверхностных реакций можно, приняв за основу для сравнения скорость экстракции в случае, когда реакция бесконечно быстра. Понятно, что при этом любая другая реакция, протекающ,ая с конечной скоростью, будет замедлять экстракцию. [c.385]

Обычные значения коэффициентов массопередачи лежат в пределах 10 —10 см/с, что соответствует общему сопротивлению 100—1000 с/см. Химическая гетерогенная реакция первого или псевдопервого порядка, обратное значение константы скорости которой сравнимо с значением этого сопротивления, будет оказывать ощутимое влияние на скорость экстракции. Такую реакцию обычно называют медленной, понимая под этим лишь сравнимость времени релаксации химического и диффузионного процессов. В кинетике гомогенных химических реакций принято условно делить все реакции на быстрые и медленные. Гомогенные реакции первого порядка, имеющие константу скорости выше 10 с , считаются быстрыми для их исследования требуются специальные методы, отличающиеся от традиционных [70]. [c.391]

Отметим, что часто знание точного значения константы скорости химической реакции не является необходимым так, в области протекания мгновенной реакции, о существовании которой можно судить, например, по сильной зависимости скорости массопередачи от параметра М и по значительной доле диффузионного сопротивления в газовой фазе, для расчета вообще не требуется величина Гд. [c.171]

Разработан метод кинетического расчета массообменных аппаратов для хемосорбционного разделения газов. Метод основан на использовании теоретического значения ускорения массопередачи за счет протекания химической реакции. Метод учитывает принципиальную особенность хемосорбционных процессов изменение кинетических закономерностей в жидкой фазе, движущей силы процесса, коэффициентов массопередачи, соотношения фазовых сопротивлений по высоте аппарата. Учтена специфика влияния реальной структуры потоков газа и жидкости на эффективность хемосорбционных процессов. По предложенной методике коэффициент извлечения передаваемого компонента, степень насыщения хемосорбента и характер распределения концентраций по высоте аппарата определяются при необратимой хемосорбции в зависимости от следующих безразмерных параметров кинетических, стехиометрического, диффузионного и гидродинамических (числа Боденштейна для жидкой и газовой фазы). В общем виде процесс описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка. [c.224]

Относительная роль этих слагаемых в разных случаях абсорбции может быть различна. Чем меньше толщина того или другого диффузионного слоя, тем меньшее сопротивление он оказывает процессу массопередачи. Для хорошо растворимых газов величина очень мала по сравнению с и скорость абсорбции здесь практически зависит только от величины г . Наоборот, для малорастворимых газов г уг , и процесс массопередачи определяется слагаемым т.е. диффузионным сопротивлением со стороны жидкости. В промежуточных случаях играют роль оба слагаемых. В хемосорбционных процессах массопередача осложнена химической реакцией, протекающей в жидкой фазе в зависимости от скорости этой реакции она заканчивается непосредственно у поверхности или захватывает более толстый слой жидкости. В результате этого растет г , а следовательно, увеличивается Н и уменьшается к. При умеренных скоростях газа и жидкости, принятых в современных сернокислотных башнях, можно считать, что зависит только от скорости газового потока, а —от плотности орошения насадки. С повышением скорости движения газа и жидкости возрастает степень турбулентности потока, и толщина диффузионного слоя вследствие этого уменьшается. [c.106]

Получено выражение для диффузионного потока на поверхность сферической капли, движущейся в вязкой среде, в случае, когда скорость массопередачи лимитируется сопротивлением внешней фазы и когда в объеме этой фазы диффундирующее вещество участвует в химической реакции первого порядка. Сопоставление полученных результатов с формулами, основанными на так называемой пенетрационной модели, не учитывающей конвективного переноса, показывает, что при значениях параметра кЯ( + [1)/и (где к — константа скорости химической реакции — радиус капли и—скорость движения капли ц — отношение вязкостей дисперсной и сплошной фаз), меньших или сравнимых с единицей, пенетрационная модель приводит к существенно заниженным значениям потока. [c.12]

Общее сопротивление массопередачи в этом случае складывается из диффузионного сопротивления в газовой фазе (1/Рг) и сопротивления, обусловленного протеканием химической реакции (1/Рх). Коэффициент массоотдачи в газовой фазе, отнесенной к площади тарелки, рассчитывали по известному критериальному уравнению . Частный коэффициент массоотдачи, обусловленный протеканием химической реакции, определяли из соотношения [c.132]

Предложено математическое описание изотермического процесса противоточной абсорбции, осложненной необратимой химической реакцией второго порядка в жидкой фазе. Это описание учитывает режим работы и распределение концентраций по высоте аппарата. Принято, что 1) диффузионное сопротивление в газовой фазе крайне мало 2) продольное перемешивание газа и жидкости может быть описано с помощью диффузионной модели 3) приведенные скорости газа и жидкости постоянны по высоте аппарата. Мгновенные значения коэффициентов массопередачи при хемосорбции представлены на основе пленочной теории. При рассмотрении бесконечно малого элемента абсорбера составлены его материальные балансы по общей концентрации компонента в газовой и жидкой фазах. Полученные системы дифференциальных уравнений решены для случая незначительного продольного перемешивания потоков. В частности, для режима, в котором скорость абсорбции зависит от константы скорости химической реакции, решение системы имеет вид [c.96]

Условия возникновения неустойчивости поверхности раздела фаз зависят от соотношения вязкостей фаз, коэффициентов диффузии в них, а также от величины и знака поверхностной активности da/d и направления массопередачи. При наличии гетерогенных или гомогенных химических реакций поверхность, стабильная в их отсутствие, может потерять устойчивость [42], что приводит к усилению массопереноса [44]. Даже при незначительном торможении массопереноса в объемах фаз, например при наличии интенсивного турбулентного перемешивания, за счет эффекта Марангони удается уменьшить диффузионное сопротивление массопередаче на самой межфазной границе и тем самым интенсифицировать массообмен в целом [45]. [c.353]

Химическая реакция влияет двумя путями. Если реакция проходит до конца, то абсорбент может поглотить количество углекислого газа, равное стехиометрическому по реакции с добавкой, плюс количество, которое абсорбент может поглотить физически. Таким образом, уменьшается требуемое количество абсорбента. Кроме того, взаимодействие углекислого газа с добавкой понижает его концентрацию на протяжении диффузионного пути в фазе абсорбента. Следовательно, сопротивление массопередаче в любом поперечном сечении колонны уменьшается. [c.702]

При изучении хемосорбционных процессов следует совместно рассматривать закономерности массопередачи и химической кинетики, так как скорости диффузионных этапов и химических стадий могут быть сопоставимы. Поэтому количественная характеристика хемосорбционных процессов связана со многими дополнительными факторами. Реакция в жидкой фазе понижает концентрацию поглощаемого газового компонента в жидкости, что увеличивает движущую силу процесса и ускоряет его по сравнению с физической абсорбцией. Увеличение общей скорости процесса тем больше, чем выше скорость реакции в жидкой фазе. В соответствии с этими особенностями при количественном выражении хемосорбционных процессов обычно вводятся поправки к величине движущей силы или коэффициента массопередачи, которые характеризуют равновесие и скорость реакции в жидкой фазе. При значительных скоростях реакции сопротивление жидкой фазы становится пренебрежимо малым. Наоборот, при медленной реакции ускорение процесса также мало и им можно пренебречь, рассматривая процесс как физическую абсорбцию. Движущую силу абсорбционных процессов наиболее точно можно выразить следующим образом [см. формулу (VI.14)] [c.161]

Одним из основных способов увеличения скорости химического процесса является перемешивание реагентов. Причем перемешивание увеличивает коэффициент массопередачи или константу скорости процесса вследствие перехода от молекулярной диффузии к конвективной. При этом снижается диффузионное сопротивление, препятствующее взаимодействию компонентов. Наиболее целесообразно увеличивать степень перемешивания взаимодействующих веществ при осуществлении процессов, протекающих в диффузионной области. При этом увеличивать степень перемешивания можно до тех пор, пока общая константа скорости процесса не перестанет зависеть от коэффициентов переноса В, т. е. до перехода процесса из диффузионной области в кинетическую. Дальнейшее увеличение перемешивания в проточных аппаратах снижает движущую силу процесса и скорость реакции. [c.141]

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]

Отсутствию ясности в вопросе о ПС способствовал не только недостаток надежных методов его определения, но порой и неудачный выбор объектов исследования [56—58]. Действительно, трудно измерить поверхностное сопротивление при изучении стационарной (или квазистационарной) массопередачи бензойной и уксусной кис-лрт не только потому, что акты ассоциации и диссоциации кислот очень быстры, по и вследствие того, что эти реакции могут протекать одновременно как на поверхности, так и в объеме фаз. Другими словами, массоперенос и реакция не являются последовательными процессами, а диффузионное и химическое сопротивление не аддитивны. Недавно Шуман и Штробель [61 ] показали, что при изучении массопередачи уксусной кислоты и ацетона между водой и некоторыми органическими растворителями результаты экспериментов хорошо описываются без привлечения понятия о ПС. Однако Нитш [62] нашел, что в начальные моменты времени массопередачи уксусной, муравьиной, пропиоиовой и масляной кислот, поверхностное сопротивление измеримо и его значение составляет 23—63 с/см. [c.389]

Трудно объяснить наличие поверхностного сопротивления как следствие химической реакции при переходе уксусной кислоты (а также других органических кислот) из водной фазы в органический растворитель [14, 15]. В этом случае массопередача замедляется реакцией ассоциации кислоты, так как переход в органическую фазу возможен лишь для электроней-тральных молекул кислоты. Однако константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,7-Ю , и наличие столь ничтожного количества диссоциированных молекул не может отразиться на скорости процесса [27]. Отметим, что скорость ассоциации ионов Н+ и СНзСОО" равна 4,5-10 ° л моль-сек) [28], что значительно превосходит скорость диффузионного процесса. По тем же причинам трудно предположить влияние химической реакции на скорость процесса массопередачи при экстракции бензойной кислоты из бензола водой. [c.55]

Показано, что основное сопротивление массопередачи при поглощении SO2 раствором NaOH при барботаже сосредоточено в газовой фазе. При малых скоростях газа сопротивлением, обусловленным течением химической реакции, можно пренебречь. При высоких скоростях газа в аппарате оно становится соизмеримым с диффузионным сопротивлением и его следует учитывать. [c.133]

Для того чтобы жидкая фаза хорошо работала в хроматографической колонке, она должна удовлетворять ряду требований, в частности, она должна достаточно хорошо растворять каждый компонент разделяемой смеси. Для обеспечения высокой степени разделения компонентов смеси нужно, чтобы растворимости этих компонентов в жидкой фазе отличались друг от друга. Для того чтобы образец все время взаимодействовал с одной и той же жидкой фазой, необходима термическая устойчивость последней в диапазоне рабочих температур колонки. Кроме того, обязательна ее химическая инертность, поскольку реакции между разделяемой смесью и жидкой фазой так же недопустимы, как и реакции между разделяемой смесью и материалом носителя. Наконец, для уменьшения сопротивления массопередаче в жидкой фазе желательно, чтобы жидкая фаза имела малую вязкость или высокую диффузионную способность. Из теории следует, что для увеличения эффективности следует иметь тонкий слой жидкой фазы на носителе. Однако это требование не может быть выполнено в препаративной хроматографии, и уменьшение эффективности за счет большой толщины слоя жидкой фазы приносится здесь в жертву увеличенной емкости колонки по отношению к количеству разделяемой смеси. [c.113]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология