3. Гетерогенные процессы в системе газ-жидкость

Выводы. Для увеличения скорости гетерогенных процессов необходимо:

1. увеличивать поверхность контакта фаз (независимо от области протекания процесса);

2. увеличивать движущую силу процесса (независимо от области протекания процесса), для чего а) повышать концентрацию исходных веществ (давление в газовой фазе); б) уменьшать концентрацию продуктов;

3. увеличивать коэффициент массопередачи, для чего а) при протекании процесса в кинетической области повышать температуру, концентрации реагирующих веществ; б) при протекании процесса в диффузионной области повышать скорость потоков, увеличивать перемешивание и т.д.

Ускорение этих процессов и повышение скорости поступления реагентов в зону химической реакции и интенсификация работы химического реактора может быть достигнуто путем перемешивания системы, ускоряющим диффузию компонентов и интенсификацией подачи компонентов за счет их распыления и увеличения скорости потока.

В общем случае она является функцией четырех переменных: константы скорости или коэффициента массопередачи k (км), движущей силы процесса АС, реакционного объема V, поверхности раздела фаз-F, увеличение каждой из которых увеличивает скорость реакции.

Константа k(KM) представляет собой сложный параметр, значение которого зависит от химической природы, и физических характеристик реагентов, их агрегатного состояния, гидродинамики процессов, конструкции реактора.

Увеличение движущей силы АС обеспечивается: — повышением концентрации реагентов за счет использования более концентрированного сырья; — увеличением давления для систем с участием газообразных веществ; — уменьшением концентрации продуктов реакции отводом их из системы; — изменением температуры и, как следствие, интенсификацией процессов сорбции и десорбции реагентов и продуктов реакции.

Общая скорость химического процесса

Поскольку для гетерогенных систем процессы в зонах реактора I и III и II подчиняются различным законам, они протекают с различной скоростью.

Общая скорость химического процесса в реакторе определяется скоростью наиболее медленной стадии его.

Скорость химической реакции (в зоне II) меньше скоростей физических процессов подвода реагентов и отвода продуктов (в зонах I и III): '-'хр ^ <~> подв(отв)

В этом случае химический процесс лимитируется скоростью химической реакции и ускоряется факторами, влияющими на нее: повышение температуры, увеличение концентрации реагентов, повышение давления (для газообразных систем).

Принято говорить, что в этом случае гетерогенный химический процесс протекает в кинетической области.

Скорость химической реакции (в зоне II) больше скорости физических процессов подвода реагентов и отвода продуктов (в зонах I и III):

В этом случае химический процесс лимитируется процессами диффузии (массопереноса) компонентов к поверхности раздела фаз и обратно и ускоряется факторами, влияющими на диффузию: повышение градиента концентрации (ДС), перемешивание, гомогенизация системы.

Зависимость скорости химического процесса от температуры:

А — кинетическая область, В — переходная область, С — диффузионная область в этом случае гетерогенный химический процесс протекает в диффузионной области.

Очевидно, что зависимость скорости процесса от важнейшего фактора — температуры в этих областях различна.

В кинетической области скорость химического процесса является сильной функцией температуры, в диффузионной области скорость практически не зависит от температуры (рис.

Следовательно в зоне А процесс протекает в кинетической области U = f(T), а в зоне С — в диффузионной области U Ф f(T).

При изменении условий (в данном случае температуры) гетерогенный химический процесс может переходить из одной области в другую, при этом воздействовать на скорость его будут уже другие факторы.

Общие сведения о химических процессах; их место и значение в общей технологической схеме химических производств. Химические реакторы, их классификация. Влияние гидродинамических, тепловых и массообменных факторов на основные характеристики химического реактора.

Промышленный катализ, области применения и значение. Роль катализа в развитии химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Гомогенные и гетерогенные процессы.

Классификация химических реакторов: по тепловому режиму: изотермические, адиабатические, политропические, по гидродинамическому режиму: идеальное смешение, идеальное вытеснение, промежуточный режим, по типу фаз: однофазные, двух и многофазные, по типу слоя катализатора: неподвижный слой, псевдоожиженный слой. Классификация реакторов по конструктивным признакам: неподвижный слой, трубчатый реактор, псевдоожиженный слой.

Основные принципы расчета химических реакторов. Физическое и математическое моделирование. Проблемы масштабного перехода. Методы построения и типы математических моделей. Стохастические и детерминированные модели. Иерархическая структура модели.

22