14. Гетерогенные некаталитические процессы в системе «газ-твердое тело»: лимитирующая стадия, способы ее определения.

• Процессы, протекающие во внешнедиффузионной области. При протекании процесса во внешнедиффузионной области лимитирующей стадией является массопередача реагентов из потока газа к наружной поверхности раздела фаз. Массопередача (перенос вещества) осуществляется в результате конвекции (движения масс газа) и молекулярной диффузии (теплового движения молекул).

Признаки протекания процесса во внешнедиффузионной области:

• сильное влияние скорости потока или интенсивности перемешивания на скорость процесса;

• слабое влияние температуры на скорость процесса.

• Процессы, протекающие во внутридиффузионной области. В этом случае лимитирующей стадией является диффузия реагентов или продуктов реакции в порах твёрдой частицы.

Признаки протекания процесса во внутридиффузионной области:

• сильная зависимость скорости процесса от диаметра частиц твёрдого материала;

• незначительное влияние температуры на скорость процесса.

• Процессы, протекающие в кинетической области. Лимитирующей стадией является стадия химической реакции, и скорость процесса в целом зависит от её скорости, так как скорости внешней и внутренней диффузии велики.

Признаки протекания процесса в кинетической области:

• сильная зависимость скорости процесса от температуры;

• независимость скорости процесса от линейной скорости газа и интенсивности перемешивания, а также от размера пор.

15. Аппаратурное оформление гетерогенных некаталитических процессов в системе «газ - твердое тело».

16. Аппаратурное оформление гетерогенных некаталитических процессов в системе «жидкость - твердое тело».

17. Гетерогенные некаталитические процессы в системе «газ-жидкость»: пленочная модель, ее характеристика.

С хема процесса взаимодействия газа с жидкостью может быть представлена плёночной моделью:

Согласно плёночной модели потоки газа и жидкости соприкасаются, и у поверхности контакта газа и жидкости образуется плёнка (диффузионный слой) толщиной δ. Исходные реагенты содержатся в газе и в жидкости. Компоненты газа переносятся через поверхность раздела фаз за счёт молекулярной диффузии. Химическая реакция протекает в пограничной диффузионной плёнке. Продукты реакции остаются в жидкости или могут перейти в газ. В диффузионном режиме лимитирующим является перенос вещества из газа в жидкость.

18. Гетерогенные некаталитические процессы «газ-жидкость»: кинетические закономерности, теоретическое обоснование путей интенсификации.

Согласно плёночной модели потоки газа и жидкости соприкасаются, и у поверхности контакта газа и жидкости образуется плёнка (диффузионный слой) толщиной δ. Исходные реагенты содержатся в газе и в жидкости. Компоненты газа переносятся через поверхность раздела фаз за счёт молекулярной диффузии. Химическая реакция протекает в пограничной диффузионной плёнке. Продукты реакции остаются в жидкости или могут перейти в газ. В диффузионном режиме лимитирующим является перенос вещества из газа в жидкость.

• П ри отсутствии химической реакции между растворяемым компонентом А (газом) и растворителем (жидкостью) концентрация компонента А в диффузионной плёнке будет меняться линейно:

Тогда скорость процесса можно выразить уравнением массоотдачи для молекулярной диффузии:

где D – коэффициент молекулярной диффузии, β_ж = D/δ – коэффициент массоотдачи в диффузионной плёнке, С_А,газ – концентрация компонента А в газовой фазе, С_А,жидк – концентрация компонента А в жидкой фазе.

• П ри химической реакции между растворяемым реагентом А и веществом В, находящимся в жидкой фазе, уменьшение концентрации реагента А в пограничной плёнке происходит не только вследствие диффузионных процессов, но и в связи с расходованием его на реакцию. Профиль концентрации в пограничном слое вследствие этого искривляется:

В результате произойдёт увеличение скорости переноса вещества из газовой фазы в жидкую:

г де   =  - коэффициент массоотдачи при наличии химической реакции, ε - коэффициент ускорения абсорбции при наличии химической реакции, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость абсорбции при наличии реакции в жидкой фазе.

Плёночная модель газожидкостных реакций лишь приближённо описывает гетерогенный процесс в системе газ-жидкость. В действительности изменение концентрации растворяемого реагента происходит не только внутри тонкой плёнки, но и в основной массе потока. Однако, как показала практика, количественные расчёты, выполненные на основе плёночной модели, мало отличаются от результатов, полученных с использованием более сложных моделей.