Презентация лекция 6
.pdf
11
3. Переходная область (промежуточная область) протекания процесса
Истинная константа скорости и коэффициент массоотдачи соизмеримы по величине (kэфф ≈ β), поэтому ни одна из стадий не лимитирует процесс
скорость процесса рассчитывается по уравнению
r |
k |
|
C |
|
|
|
1 |
|
C |
|
k |
|
C |
|
|
А, я |
|
|
|
А, я |
эфф |
А, я |
|||||||
Х |
|
k |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12
Область |
Лимитирую- |
Признаки |
Инструменты управления |
протекания |
щая стадия |
|
|
процесса |
|
|
|
1.Кинетическая |
химическая |
1) скорость процесса не зависит |
Кинетические |
|||||
|
реакция |
от |
гидродинамических |
пара- |
факторы: |
|
||
|
|
|
||||||
|
|
метров; |
|
|
|
Температура |
|
|
|
|
2) |
коэффициент Вант-Гоффа |
Давление |
|
|||
|
|
равен |
2 – 4; |
|
|
Концентрация |
||
|
|
3) |
Еа>40кДж/моль |
|
реагента |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Концентрация |
|
|
|
|
|
|
|
|
катализатора |
|
2.Диффузионная |
диффузия |
1) |
скорость |
процесса |
сильно |
Гидродинамические |
||
|
|
зависит |
от |
гидродинамических |
факторы: |
|
||
|
|
параметров; |
|
|
Скорость |
|
||
|
|
2) |
«коэффициент Вант-Гоффа» |
перемешивания - ω |
||||
|
|
порядка 1,1 |
|
|
(оборотов мешалки) |
|||
|
|
3) |
Еа = 4 – 13 кДж/моль (газы); |
Линейная |
скорость |
|||
|
|
Еа = 8 – 20 кДж/моль (жидкости) |
потока – w, |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Удельная поверхность |
|
|
|
|
|
|
|
|
контакта фаз - F |
|
3. Переходная |
скорость |
при |
изменении |
параметров |
Кинетические |
|
|
химической |
процесс «легко» переходит из |
и гидродинамические |
|||
|
реакции ≈ |
|||||
|
диффузионной |
области |
в |
факторы |
||
|
скорости |
|||||
|
кинетическую и обратно |
|
|
|||
|
диффузии |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Закон, лежащий в основе управления
r k e Ea ПCn
RT i i
r |
D |
C |
|
|
|
||||
Ф |
|
|
||
|
|
|
||
C |
|
|||
13
Зависимость скорости гетерогенного процесса от температуры в общем виде
представляет S-образную кривую:
Скорость
процесса
в области низких
скорость сильно с ростом
переходной области (П);
с дальнейшим ростом температуры процесс переходит в диффузионную область
(III), характеризующуюся слабой зависимостью скорости от температуры
14
Известно, что коэффициент диффузии как в газовых, так и в жидких растворах
пропорционален квадрату абсолютной температуры
D const T 2
соответственно изменение температуры на 10 градусов увеличивает скорость
диффузии всего лишь в пределах 10 %
t |
, C |
Т , K |
Т = Т |
1 |
+10 |
D /D |
T2 |
= (Т |
/Т )2 |
|
1 |
|
1 |
2 |
|
T1 |
|
1 |
2 |
||
100 |
373 |
383 |
|
|
1,054 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
300 |
573 |
583 |
|
|
1,035 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
500 |
773 |
783 |
|
|
1,026 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
700 |
973 |
983 |
|
|
1,021 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15
Зависимость скорости гетерогенного процесса от скорости потока – монотонная
зависимость, выходящая на плато
Скорость
процесса
Скорость потока
в диффузионной скорость процесса
в кинетической области (III) – скорость потока вообще не влияет на скорость
процесса
16
Интенсификация гетерогенного процесса, протекающего в диффузионной области
Уравнение массоотдачи из расчета на единицу поверхности соприкосновения
фаз:
|
|
dn |
A |
|
|
C |
СА, я |
СА,п |
rФ |
|
|
|
D |
|
|||
|
|
|
||||||
|
|
F d |
|
|
|
|||
|
|
|
|
Ф |
|
|
|
|
Уравнение массоотдачи из расчета на всю поверхность соприкосновения фаз:
r |
dn |
|
|
D |
C |
F С |
|
С |
|
F |
|
A |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф |
d |
|
|
|
|
А, я |
|
А,п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
Как видно, увеличить скорость переноса вещества диффузией можно за счет:
- увеличения коэффициента диффузии D
-снижения толщины ламинарного слоя
-увеличения разницы концентраций (движущей силы)
- увеличения поверхности контакта фаз F
17
коэффициент диффузии в бинарной газовой смеси увеличивается при снижении
давления;
|
|
T |
3 / 2 |
D |
|
|
|
|
|
||
12 |
|
|
P |
|
|
|
коэффициент диффузии в бинарной жидкой смеси увеличивается при
использовании растворителя с меньшей динамической вязкостью
|
|
T М |
0,5 |
|
D12 |
|
растворителя |
||
|
|
|||
раствора |
||||
|
|
|||
толщина ламинарного слоя снижается при увеличении скорости потока W (пример
для жидкости, движущейся в трубе)
64,2 |
d |
||
Re |
7 / 8 |
||
|
|||
|
|
||
Re W d
Увеличить разность концентраций СА,я – СА,п можно за счет увеличения
начальной концентрации реагента СА,я, то есть за счет концентрирования сырья
18
Увеличение поверхности контакта фаз F
- в системах «газ - твердое» и «жидкость – твердое» измельчают твердую фазу и распределяют ее в объеме газа или жидкости, то есть работают с взвешенными твердыми частицами или с суспензиями
-в системе «жидкость – жидкость» одна жидкость диспергируется в другой,
получают эмульсии
- в системах «газ – жидкость» применяют два режима:
1.барботажный – диспергирование газа в жидкости
2.скрубберный – диспергирование жидкости в газе
