Массопередача с химической реакцией с необратимой реакцией

Вытекающие из более общего уравнения (2.40) уравнения (2.55) и (2.56) также могут быть использованы для расчета коэффициента ускорения массопередачи с химической реакцией соответственно второго и третьего порядков. Расчет по формулам (2.55) и (2.58) дает близкие результаты расхождение увеличивается при низких значениях Преимущество формулы (2.58) заключается также в том, что она дает возможность учесть соотношение коэффициентов диффузии реагентов, в то время как уравнение (2.55) получено в предположении Оа = Ов-Наконец, следует отметить детальное исследование массопередачи с необратимой реакцией, выполненное В. Н. Бабаком с сотрудниками [44]. Для коэффициента ускорения массопередачи найдено приближенное аналитическое решение в виде быстро сходящегося степенного ряда решение рекомендуется использовать для [c.35]

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]

При классификации химико-технологических процессов учитывают деление химических реакций на простые, сложные-парал-лельные и сложные-последовательные. При описании отдельных классов химико-технологических процессов реакции подразделяют по типу взаимодействия реагентов на окислительно-восстановительное (гомолитическое) и кислотно-основное (гетеролитиче-ское). Химические реакции и процессы массопередачи могут быть обратимыми или необратимыми, соответственно различают и технологические процессы в целом. [c.35]

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]

Сравнение коэффициентов ускорения массопередачи (или скорости абсорбции), рассчитанных по уравнению (2.40) и найденных экспериментально, выполнено для различных физикохимических систем и аппаратов. Исследована массопередача как с необратимой, так и с обратимой химической реакцией. Коэффициенты массоотдачи Рж определены из расчета и экспериментально, причем в отдельных экспериментах одновременно измеряли скорость хемосорбции. В подавляющем большинстве случаев достигнута удовлетворительная для инженерных целей сходимость расчетных и экспериментальных значений скорости массопередачи с химической реакцией (или у) [5, 6, 11, 47, 48, 63, 78]. Приведем некоторые результаты. [c.57]

Сопоставление формул (12.9) и (12.13) показывает, что влияние химической реакции на скорость массопередачи можно выразить при помощи фактора ускорения р. В случае молекулярной диффузии ускорение, вызванное необратимой быстропротекающей реакцией, определяется соотношением [c.231]

Общий теоретический подход при анализе динамики внутреннего переноса заключается в решении уравнений, описывающих одновременное протекание массопереноса и химической реакции в порах. Рассмотрим [15, с. 129] наиболее простой случай — реакцию в сферической грануле радиуса г — при следующих допущениях гранула находится в изотермических условиях диффузия в пористой структуре подчиняется первому закону Фика и характеризуется постоянным по всей грануле эффективным коэффициентом диффузии Оэфф, форма которого зависит от условий массопередачи внутри поры (кнудсеновское, объемное или вынужденное течение) в реакции участвует один реагент А, она необратима и ее истинная кинетика описывается степенной функцией концентрации вещества А, т. е. скорость реакции равна ks , где — истинная константа скорости на единицу поверхности катализатора система находится в стационарном состоянии, т. е. изменение массовой скорости потока в результате диффузии, (например, к центру гранулы) равно скорости реакции внутри поры. В рамках этой модели получено аналитическое выражение для т] [c.88]

Рекомендованный метод расчета массопередачи с необратимой химической реакцией может быть использован для аппаратов как с непрерывным, так и со ступенчатым контактом фаз. Во втором случае расчет следует вести последовательно от тарелки к тарелке, начиная с нижней. Для каждой тарелки определяют степень извлечения, достигаемую при высоте барботажного слоя, найденной гидродинамическим расчетом. При расчете известна величина г, 1 значением задаются. Зная Мо и Во, находят ф и при I = = 1 и рассчитывают величину 5 , а из уравнения материального баланса. Если найденное значение B, . отличается от заданного, расчет повторяют до их сходимости. После этого определяют параметры следующей тарелки. [c.72]

Диффузионные методы основаны на использовании уравнений, определяющих скорость массопередачи в дисперсных системах, и вычислении по какому-нибудь из этих уравнений межфазной поверхности (поверхности массообмена), если остальные величины в нем известны или могут быть рассчитаны. Такой метод измерений применяется для систем газ—жидкость, когда газ вступает с жидкостью в быструю необратимую химическую реакцию первого порядка. В этом случае коэффициент массопередачи практически не зависит от гидродинамического состояния жидкости, поэтому скорость массопередачи в данной системе пропорциональна межфазной поверхности [239]. Достоинством такого метода является то, что он дает (в отличие от других методов) сразу среднее значение межфазной поверхности для всего аппарата. [c.154]

Метод, использованный при выводе уравнения (2.39), позволяет получить более общее решение в отношении химической кинетики. Однако этот метод, сводящий задачу к решению уравнения (2.16), принципиально не позволяет найти распределение концентраций по у. Для нахождения указанных распределений рекомендуются другие приближенные методы, описанные в работах [44—46]. Приведем результаты одной из работ [45], в которой для модели кратковременного контакта фаз найдены распределения А у) и В [у) при массопередаче с необратимой реакцией второго порядка. Так, для передаваемого компонента [c.45]

Функция Вр(х) необходима при решении уравнения (2.16). Однако она имеет и самостоятельное значение, поскольку позволяет судить о степени исчерпывания хемосорбента на поверхности раздела. Для нахождения Вр(х) принимается, что вблизи поверхности количество диффундирующего хемосорбента равно количеству диффундирующего в противоположном направлении каждого из продуктов реакции (с учетом стехиометрического коэффициента). Если химическая реакция обратима, то указанное допущение, по-видимому, полнее соблюдается при малых х (т. е. при малом времени контакта), когда градиенты концентраций еще невелики, а скорость химической реакции значительна, поскольку реагенты только что приведены в соприкосновение. Для массопередачи с необратимой реакцией указанное допущение не требуется. Тогда концентрацию продуктов реакции Ер и Рр. можно представить как функцию Вр [c.24]

Массопередача с химической реакцией нулевого порядка по хемосорбенту характеризуется особенностями. Так, для необратимой реакции при Лж 0 и 5 0 из (2.48) следует [c.39]

Уравнение (2.39) позволяет определить диффузионный поток поглощаемого компонента на границе раздела фаз, что во многих случаях достаточно для проведения инженерных расчетов скорости массопередачи с химической реакцией, особенно если реакция практически необратима. Однако иногда необходимо знать изменение диффузионного потока по толщине диффузионно-реакционного слоя, т. е. иметь информацию о распределении концентраций не только по продольной, но и по поперечной координате. Такая задача ставится, например, при модели- [c.44]

Элементы расчета абсорбционных и хемосорбциониых процессов и типы применяемых реакторов рассмотрены в ч. I, гл. VI. Основные технологические показатели абсорбционной очистки степень очистки (КПД) г) и коэффициент массопередачи А определяются растворимостью газа, гидродинамическим режимом в реакторе Т, Р,ю) и другими факторами, в частности равновесием и скоростью реакции при хемосорбции. При протекании реакции в жидкой фазе величина к выше, чем при физической абсорбции. При хемосорбции резко меняются равновесные соотношения, в частности влияние равновесия на движущую силу абсорбции. В предельном случае для необратимых реакций в жидкой фазе (нейтрализация) образующееся соединение и еет практически нулевое давление паров над раствором. Однако такие хемосорбционные процессы нецикличны (поглотительный раствор не может быть вновь возвращен на очистку) и целесообразны лишь при возможности использования полученных растворов иным путем. Большинство хемосорбциониых процессов, применяемых в промышленности, обратимы и экзотермичны, поэтому при повышении температуры раствора новое соединение разлагается с выделением исходных компонентов. Этот прием положен в основу регенерации хемосорбентов в циклической схеме, тем более, что их химическая емкость мало зависит от давления. Хемосорбционные процессы особенно целесообразны таким образом для тонкой очистки газов, содержащих сравнительно малые концентрации примесей. [c.234]

Приведены многочисленные опытные данные, указывающие на возможность изменения механизма переноса вещества при протекании необратимой химической реакции в жидкости вблизи поверхности раздела фаз. Речь идет о так называемой нестабильности поверхности (поверхностной конвекции), позволяющей при определенных условиях существенно ускорить процесс массопередачи. [c.223]

Анализ результатов опытов [7, 8], полученных в широком диапазоне изменения М/Я (на два порядка) и числа Не, позволяет сделать вывод об удовлетворительном для инженерных расчетов соответствии опытных данных уравнению (2.58) и в случае проявления эффекта поверхностной конвекции. Опытные и теоретические коэффициенты ускорения массопередачи согласуются с точностью 20%. Необходимо отметить, что, как следует из табл. 4.3 и рис. 4.21, использование р, полученных по обычной методике, т. е. без учета поверхностной конвекции [63, 72, 173—176], приводит к значительному расхождению теории и опыта (в некоторых случаях в 3—3,5 раза). Результаты убедительно свидетельствуют о необходимости учета поверхностной конвекции при расчете кинетики массопередачи с необратимой химической реакцией. [c.130]

Далее, используя значения "f для предельных областей протекания массопередачи с необратимой реакцией, можно получить формулы, позволяющие выразить значение р в явном виде как функцию параметров хемосорбционного процесса. Так, для массопередачи с необратимой химической реакцией псевдопервого порядка из (4.35) с учетом (2.63) следует [c.134]

В работе [209] получены и доведены до промышленной проверки и внедрения математические описания хемосорбционных процессов. При этом использован зонный принцип построения модели, учтена реальная структура потоков, исследованы динамические режимы. Однако исследование макрокинетики ограничено колоннами, работающими под давлением, близким к атмосферному как следствие, практически рассмотрена лишь массопередача с необратимой химической реакцией. [c.174]

Проведен анализ более сложных случаев хемосорбции. Рассмотрена кинетика процесса одновременной хемосорбции двух компонентов газа с параллельными необратимыми химическими реакциями в жидкой фазе. Сопоставление приближенных аналитических и численных решений позволило рекомендовать инженерные методы расчета взаимосвязанных коэффициентов ускорения массопередачи двух передаваемых компонентов газовой фазы в зависимости от степени исчерпывания хемосорбента на границе раздела фаз. [c.222]

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]

Знак перед г и, следовательно, эффект химической реакции зависят от того, привадит последняя к рождению или исчезновению диффундирующего вещества . Массопередача ускоряется при наличии химического источника в исчерпываемой фазе и химического стока в извлекающей, так как при этом увеличиваются градиенты концентраций в каждой из фаз. Фактор ускорения (отношение коэффициента массоотдачи с химической реакцией к коэффициенту массоотдачи при отсутствии реакции) зависит от типа реакции и от ее скорости. С увеличением последней возрастает, приобретая для мгновенных необратимых реакций предельное значение, равное Е . [c.164]

Факторы, способствующие уменьшению градиента, например распределенные в пространстве химические стоки диффундирующего вещества в исчерпываемой фазе и источники в извлекающей, будут замедлять массопередачу. Примером проявления этого фактора являются более низкие значения Е для обратимой реакции, чем для необратимой. Обратимая реакция способствует уменьшению градиента по сравнению с тем, который был бы в случае необратимой реакции. Тем не [c.164]

Скорость реакции, выраженная количеством полученного продукта за единицу времени (нисходящая кривая), составляет в начале процесса значительную ординату, а через некоторое время — лишь ординату Мп- При приближении к равновесию или при снижении концентрации исходных веществ в необратимых процессах скорость реакции стремится к нулю. Производственный процесс нецелесообразно вести со столь малой скоростью, поэтому его и не доводят до равновесия. Кривые на рис. 20 ориентировочно выражают кинетику процесса во времени как для химических реакций, так и для любой межфазной массопередачи, протекающей в аппаратах периодического действия (в изолированной системе) или в проточных аппаратах, близких по режиму к аппаратам идеального вытеснения (см. стр. 65). [c.81]

Рассмотрен процесс переноса массы в сферическую каплю при Не< 80 для двух случаев 1) скорость массопередачи лимитируется сопротивлением сплошной среды 2) экстрагируемое вещество в сплошной фазе вступает в необратимую быстропротекающую химическую реакцию с хемосорбентом. [c.7]

Метод решения обобщен на случай массопередачи, осложненной быстропротекающей необратимой химической реакцией. Краевые условия записаны в предположении, что константа скорости реакции велика, реакция- необратима и фронт ее совпадает с линией тока. На реакционной поверхности выполняются условия равенства материальных потоков и равенства нулю концентраций. Для критерия Нуссельта получено выражение [c.8]

Соответственно этому зависимость скорости реакции от концентрации исходных веществ для необратимых реакций (с =0) будет отвечать первому порядку при любой форме кинетического уравнения собственно химического превращения. Зависимость же скорости реакции от температуры будет определяться только изменением коэффициента массопередачи, что отвечает наблюдаемой энергии активации порядка ЮОО+ЗООО кал моль независимо от истинной энергии активации реакции. [c.71]

Б. И. Броунштейн, Г. А. Фишбейн. Исследование массопередачи в единичную сферическую каплю с учетом быстропротекающей необратимой химической реакции....................... 7 [c.214]

Далее, уравнения тепло- и массопередачи аналогичны уравнению обратимой химической реакции 1-го порядка (а при абсорбции с нулевым равновесным давлением компонента — уравнению необратимой реакции 1-го порядка) скорость реакции [c.53]

Рис. 1. Схема процесса массопередачи в пограничном слое жидкости, сопровождающейся быстрой необратимой химической реакцией, при различных способах ввода углеводорода в реактор модель I — в виде раствора модель II — в виде пара, смешанного с воздухом I — граница раздела фаз х. , — пограничный слой жидкости

В работе [5] при 1 сопоставлены экспериментальные и расчетные данные по массопередаче, сопровождаемой быстропротекающей необратимой химической реакцией внутри капли, в системе водный раствор КОН — бензойная кислота — бензол. [c.264]

В работе В. Ювекара и М. Шарма [195] получены и систематизированы расчетные формулы для определения высоты насадочного, барботажного или комбинированного слоя, в котором протекает массопередача с необратимой химической реакцией. Рассмотрена работа аппаратов в предельных гидродинамических режимах. Оригинальным разделом работы следует считать кинетический анализ газожидкостных реакторов полупериоди-ческого типа с механическим перемешиванием, учет изменения давления по высоте барботажного реактора (по линейному закону), разработку приближенного аналитического метода расчета числа тарелок (так называемый модифицированный метод Льюиса). Однако последний включает в себя допущение о линейном изменении концентрации передаваемого компонента по высоте слоя на тарелке указанное ограничение в общем случае неприемлемо. [c.160]

Формула (24) позволяет учесть влияние конвективного переноса вещества на скорость массопередачи, осложненной быстропротекающей необратимой химической реакцией. Абсолютное значение скорости жидкости на экваторе капли является функцией от Йе и [А. [c.9]

В ряде работ исследована теория некоторых специальных случаев одновременной абсорбции двух компонентов газа. Так, рассмотрена проблема [80, 90], связанная с химическим взаимодействием компонентов между собой после перехода их в жидкую фазу. Получены приближенные аналитические и численные решения для абсорбции двух газов, сопровождаемой сложной реакцией, в частности последовательно-параллельной реакцией, включающей две необратимых и одну обратимую реакцию [91]. Предполагается, что по такой схеме может протекать реакция хлоргидрирования этилена. Массопередача со сложной реакцией изучена также в работах [58, 92—94, 96]. Наконец, в работе [95] рассмотрена теория кинетики двухкомпонентной хемосорбции, осложненной обратимыми химическими реакциями, однако анализ ограничен областью протекания мгновенной реакции. [c.85]

Ускоряющее влияние реакций связывания переносимого компонента в извлекающей фазе на кинетику его массопередачи вначале было доказано исследованиями в области хемосорбции труднорастворимых газов [2—4]. Разработанные при этом теории в дальнейшем без существенных изменений были перенесены на процессы экстракции с химическими реакциями [6, 117, 118, 152, 153]. В частности. Шарма [118], используя теорию хемосорбции Данквертса [156 — 158], обсудил влияние необратимой реакции второго порядка в извлекающей фазе на скорость массопередачи вещества при экстракции. Еще раньше Раал и Джонсон [152] вывели уравнение скоростп экстракции при наличии обратимой реакции димеризации экстрагируемого вещества в органической фазе, а Оландер учел обратимые реакции сольватации [151 ] и димеризации [153]. [c.381]

Значения -у и, соответственно рассчитанные по различным моделям массопередачи с необратимой реакцией, не сильно различаются между собой. Нечувствительность решения к конвективному члену в уравнении (2.9) при избытке хемосорбента понятна диффузионный поток не зависит от гидродинамических условий следовательно, характер распределения продольной составляющей скорости вблизи поверхности не оказывает влияния на /. Это явление нашло подтверждение в работах К. Портера и Д. Робертса [55] (течение жидкости по плоской поверхности) и А. Н. Гарцмана с сотр. [50] (обтекание пузыря жидкостью). Что касается мгновенной химической реакции, то уравнение пленочной модели формально сводится также к уравнению (2.65), но с заменой 0в10а величиной 0в10а в практически важном интервале 0в10а (0,5—1,5) результаты расчета "у по обеим моделям различаются несущественно. Однако отличие не ограничивается величиной показателя степени диффузионного параметра. По существу в уравнении (2.65) с теоретических позиций различна и зависимость от Оа (это различие ускользает, если ж служит эмпирическим параметром). Предпочтение следует отдать модели кратковременного контакта фаз, отвечающей современным представлениям [1] о пропорциональности [c.37]

При известном распределении коэффициента турбулентной диффузии в жидкости 1)т вблизи границы раздела фаз можно рекомендовать альтернативный вариант учета влияния турбулентности на скорость массопередачи с химической реакцией (разд. 1.4). Подобное направление развито М. X. Кишиневским и А. Ф. Туришевым [18, 61], а за рубежом — О. Сенделлом с сотрудниками [19—21]. Последние разработали метод расчета массопередачи с необратимой химической реакцией первого и второго порядков с учетом коэффициента турбулентной диффузии /)т. [c.46]

Химическая реакция, изменяя концентрации реагирующих веществ и температуру поверхности, влияет тем самым на величину поверхностного натяжения. Увеличивается вероятность возникновения флуктуаций состава и температуры на поверхности жидкости, поскольку в этом случае поверхность формируется из нескольких компонентов, число которых может заметно превышать число компонентов при физической массопередаче. Учитывая также высокую скорость протекания массообменных процессов с химической реакцией, следует ожидать при хемосорбции весьма специфичного проявления эффекта поверхностной конвекции по сравнению с физической массопередачей. Особенно это касается процессов массопередачи с необратимой химической реакцией. Как правило, такие процессы существенно неравновесны это позволяет высказать предположение о том, что отклонение подобных систем от равновесия во многих случаях превышает критическую величину. По Эбелингу [104] это является одним из необходимых условий для возникновения и развития упорядоченных конвективных структур вблизи границы раздела фаз. [c.99]

Абсорбция, сопровождающаяся химической реакцией. При наличии в жидкой фазе быстрой необратимой химической реакции скорость абсорбции определяется только сопротивлением массопередаче в газовой фазе. В этом случае скорость массопередачи можно установить, используя метод определения Яг. Примером может служить абсорбция NH3 раствором кислоты, SO2 раствором щелочи, H2S из разбавленного газа крепким раствором щелочи (пока растворенный в жидкости реагент быстро связывает растворенный газ). Расчет высоты колонны становится относительно простым, так как равновесное противодавление газа над раствором равно нулю. Даже" если реакция достаточно обратима, чтобы обеспечить небольшое противодавление, абсорбция может определяться сопротивлением газовой фазы и величина Яг, которая применима для случая физической абсорбции, Цррделяет скорость процесса. [c.422]

Это последнее уравнение воплощает в себе саму сущность идеи, согласно которой эффекты, вызываемые массопередачей и химической реакцией, могут рассматриваться раздельно. Если только движущая сила для необратимой химической реакции всегда может быть представлена линейной функцией, то уравнение (92) может применяться для определения величины Не на основании полученных отдельно оценочных данных о величинах Нц и Н - Следовательно, будет оценено и относительное лимитирующее действие на реакцию массопередачи через газовую фазу. Но следует опять подчеркнуть, что применение этого метода ограничивается случаями необратимых реакций первого и псевдонервого порядков. [c.410]

ИССЛЕДОВАНИЕ МАССОПЕРЕДАЧИ В ЕДИНИЧНУЮ СФЕРИЧЕСКУЮ КАПЛЮ С УЧЕТОМ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩЕИ НЕОБРАТИМОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ [c.7]

Данная работа оосвящена изучению массопередачи в единичную каплю, когда скорость массопередачи лимитируется сплошной средой, в которой экстрагируемое вещество вступает в необратимую быстропротекающую химическую реакцию с хемосорбентом. [c.5]

Массопередача, осложненная химической реакцией, рассматривалась в основном для плоской границы раздела фаз. В работе [29] проведен расчет и сопоставление с экспериментом для сферической капли в случае быстропротекаюш ей необратимой химической реакции в сплошной фазе при наличии противотока. [c.143]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология