Гетерогенные процессы «газ—жидкость»
Газожидкостные реакции принято рассматривать как процессы абсорбции, сопровождающиеся химическим взаимодействием. Такой подход позволяет применить к этой группе химических процессов закономерности массопередачи. При этом считают, что протекание химической реакции на границе раздела газовой и жидкой фаз или в глубине жидкой фазы приводит к ускорению процесса абсорбции
Массопередача между газом и жидкостью
Растворимость газа в жидкости подчиняется закону Генри, согласно которому равновесное парциальное давление растворенного газа pAe над раствором прямо пропорционально его концентрации в жидкой фазе C A L:
(22)
где коэффициент пропорциональности HA называется константой Генри, или константой фазового равновесия.
Скорость массоотдачи от газа к жидкости пропорциональна разности парциальных давлений компонента А в ядре газового потока pA и на границе раздела фаз pAb
(23)
Где g— коэффициент массоотдачи со стороны газовой фазы.
•В свою очередь скорость массоотдачи от жидкости к газу
(24)
Где L — коэффициент массоотдачи со стороны жидкой фазы; CAb — концентрация растворенного реагента А на границе раздела Фаз' CAL — концентрация растворенного компонента А в основной массе жидкой фазы.
При равновесии в соответствии с законом распределения
(25)
Для вывода уравнении скорости массопередачи, учитывающего сопротивление со стороны жидкой и газовой фаз, запишем уравнения (23) и (24) в следующем виде:
П
очленно
складывая, получим:
и
ли
коэффициент массопередачи
Для определения коэффициента массопередачи Кт используют коэффициенты массоотдачи g и L , которые могут быть определены с помощью критериальных уравнений, описывающих абсорбционные процессы в различных аппаратах . Константа фазового равновесия HА определяется по равновесным данным о растворимости газов.
Кинетические модели газожидкостных реакций
Пленочная модель основывается на предположении о том, что у поверхности жидкости, граничащей с газом, имеется неподвижная пленка (диффузионный слой) толщиной . В пределах этой пленки газообразный реагент переносится исключительно вследствие молекулярной диффузии при полном отсутствии конвективного переноса.
Изменение концентрации растворяемого реагента от величины СAg (постоянная концентрация в газовой фазе) до CAL (концентрация в основной массе жидкости) происходит внутри пленки
Массоотдача от газа к жидкости через пограничную пленку описывается законом Фика для молекулярной диффузии:
В стационарном режиме, при постоянстве коэффициента молекулярной диффузии
Тогда:
где L — коэффициент массоотдачи в диффузионной пленке.
Коэффициент массоотдачи
Модели обновления поверхности (или модели проницания) основываются на предположении о том, что через некоторые промежутки времени происходит замещение элементов жидкости у поверхности раздела фаз жидкостью из глубинных слоев. Пока элемент жидкости находится у поверхности и соприкасается с газом, абсорбция газа жидкостью происходит при таких условиях, как если бы этот элемент был неподвижен и имел бесконечную глубину. Скорость абсорбции является в такой модели функцией «времени пребывания» элемента жидкости у поверхности раздела фаз. В начальный период, когда = 0, скорость велика, а по мере увеличения времени пребывания уменьшается.
Модели обновления поверхности для случая абсорбции газов перемешивающимися жидкостями являются более реалистичными. Однако математический аппарат, используемый в них, существенно сложнее, чем у пленочной модели. В то же время количественные прогнозы, сделанные на основе пленочной модели, как правило, мало отличаются от расчетов, выполненных на основе моделей обновления поверхности.
ВЫВОДЫ
1.Лимитирующую стадию гетерогенного процесса определяют методами основанными на:
- изучении параметров процесса на его скорость
-сравнении экспериментальных и теоретических зависимостей
2.В качестве кинетических моделей газожидкостных реакций используют пленочную модель и модели обновления поверхности