Скорость процессов при твердофазном взаимодействии

Уравнение скорости гетерогенных процессов и методы их то интенсификации. Движущая сила процесса в системах газ-твердое, газ-жидкость, жидкость-твердое и пути ее увеличения. Применения прямотока и противотока в гетерогенных процессах.

Cистема «газ – жидкость»

Режимы процесса. В кинетическом режиме определяющей стадией процесса является реакция, вызванная максимальной движущей силой. В данном случае это произойдет, если жидкость будет насыщена компонентом А,

Уравнение для скорости

и скорость процесса будет зависеть от константы скорости реакции k.

В диффузионном режиме лимитирующий этап – перенос вещества из газа в жидкость. В этом случае Са должна быть близка к нулю

Уравнение для скорости

Скорость процесса в данном случае будет определяться коэффициентами массоотдачи.

Влияние температуры на скорость газожидкостных процессов.

Температурную зависимость скорости превращения представим в координатах ln u = f(1/T) рис.. Изменение константы скорости реакции показано на графике штриховой линией. При относительно небольших температурах (правая часть графика) константа скорости реакции мала и в системе устанавливается кинетический режим. Однако с возрастанием температуры зависимость скорость процесса будет все больше отличаться от увеличения константы скорости реакции, поскольку на скорость реакции начинает оказывать воздействие изменение константы равновесия (константы Абсорбции) (растворимость газов в жидкости с увеличением температуры понижается. По этой причине при переходе из кинетического режима диффузионный путем повышения температуры скорость превращения сначала возрастает, а затем уменьшается (область 2). При больших температурах наблюдается диффузионный режим. Здесь зависимости еще больше расходятся, т.к. температура может даже отрицательно сказываться на скорости превращения из-за уменьшения растворимости газообразного компонента, а коэффициент массопередачи почти не зависит от температуры.

Интенсификация процессов в системе «газ – жидкость».

Методы ускорения газожидкостных процессов зависят от области их протекания.

Кинетическая область. Процесс абсорбции сопровождается медленной химической реакцией.

В кинетической области наиболее эффективный способ ускорение процесса – повышение температуры, т.к. от этого зависит константа скорости реакции. Кроме того увеличение скорости процесса можно достичь увеличением поверхности контакта фаз, повышением начальной концентрации поглощаемого компонента в газе р _г или общего давления Р.

Диффузионная область.

В диффузионной области основной способ интенсификации процесса – увеличение скорости газообразного и жидкого потоков или их турбулизация. При этом значительно увеличивается коэффициент массопередачи и скорость процесса (уравнение)

Другими способами являются: а) развитие межфазной поверхности; б) понижение температуры для увеличения движущей силы процесса; в) повышением начальной концентрации поглощаемого компонента в газе р _г или общего давления Р.

Модели процессов.

Наиболее распространненой кинетической моделью процессов в системе Г-Ж является пленочная модель, согласно которой: а) по обе стороны межфазной поверхности существуют ламинарные пограничные пленки газа и жидкости; б) за пределами пограничных пленок концентрации реагирующих компонентов постоянны; в) на поверхности раздела фаз между концентрациями поглощаемого компонента в жидкой и газовой фазе устанавливается динамическое равновесие, подчиняющееся закону Генри.