Файл: Аэромеханика и физико-химическая гидродинамика конспект лекций..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 65
Скачиваний: 0
Практически при хемосорбц.;и реакция первого порядна встречается редко. Если концентрация несвязанной активной части поглотителя достаточно велика, тогда медленную реакцию можно отнести к рассмот ренному типу реакции (реакция псевдопервого порядка). Примером хемосорбции, с медленной реакцией псевдопервого порядка может слу жить абсорбция двуокиси углерода растворами карбонатов цепочных ме таллов или единый щелочами.
Рассмотрим' пример:
поглощение двуокиси углерода в растворе нарбопата - бикарбоната
натрия протенаѳт по реакции псевдопервого порядна
со2 +он^нсо;.
Кинетическое уравнение этой De акции (П порядна) следующее:
N=i"[co^[OHi.
Однако, т.н. концентрация f QH ~J велика, то
|
|
|
№ Ъ[сог1-> |
?іz * ГОИ']. |
|
|
|
||||
Исходные данные: для |
раствора |
при 25°С известно, |
что |
||||||||
ѳначение |
|
2* |
равно 1,6. |
Коэффициент диффузии |
Ъсог |
равен 1,5.10“^ |
|||||
м2/сек, |
коэффициент массоотдачи |
ßx =0,4 ЛО^м/сек. |
|
||||||||
Для раствора едкого натра константа скорости реакции второго |
|||||||||||
порядка |
|
|
определяется выражением |
|
|
|
|||||
|
|
|
0 |
|
|
+ /3 ,* . |
|
|
|
|
|
Сравним расчетные ускорения и снорости абсорбции при протенании |
|||||||||||
химической |
реакции в жидкости. |
|
|
|
|
|
|||||
При абсорбции раствором карбоната |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Д= |
|
|
|
|
* ' 2 2 |
» |
|
|
|
|
|
X s /7+422** |
5'9. |
|
|
С0 2 |
|
|||
Таким образом,ускоревиэ |
абсорбции |
при хемосорбции |
раство |
||||||||
рами нарбонатов невелико. |
|
|
|
|
* |
|
|||||
При использовании раствора едкого натра реакция идет в две сту |
|||||||||||
пени |
|
I |
СО2. |
ОН -НСО$ , |
|
|
|
|
|||
|
|
г.нсо£+он са]~+нго. |
|
|
и оп |
||||||
Последняя |
реакция |
- нейтрализации |
проходит очень быстро, |
||||||||
ределяющей является скорость первой реанции. |
|
|
|
||||||||
Для Ін |
|
раствора |
|
NnOH |
с |
поправкой, |
учитывающей концен |
||||
трацию (ионную силу) |
при 25°С , |
константа скорости реакции второго |
|||||||||
порядка |
равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
- 104 -
=” 273+25 |
до, 8 О , --------—------- |
|
нмоль.сек |
Константе скорости реакции псевдопервого порядна[ОН~]л4
t Is 9380Гон]*9Ъ 80 .
Отсвда _________ —— г
о - ^ - ^ І і б ч о ^ т о '
иля
х=П7%г ^9ду
т.е. при поглощении двуониси углерода едким натрои скорость абсорб ции резко возрастает.
Обратимая |
реакция I |
порядна. Это реакция |
типа |
C^TCg, |
||||||
Примером абсорбции, |
сопровождаемой медленноіі |
обратимой реакцией |
||||||||
первого порядка является абсорбция двуокиси серы водой: |
|
|||||||||
Нг$O3 *0HSO3~. |
I порядка |
А'-—р ~ г |
с |
|
||||||
Константа |
равновесия реакции |
— , где |
||||||||
М=ъ'-се} Ыг=ъ'г -С&) N<=N2 . |
|
|
|
|
иС с~е =- |
|||||
Если общая концентрация компонента |
С- С^ + CQ , |
то |
||||||||
Решение дифференциальных уравнений по модели обновления при |
||||||||||
g=con£.t |
|
приводит к выражению |
|
|
|
|
|
|
||
K+fi+аЧЩГк |
|
|
|
|
|
|
I |
|||
Параметр |
а |
- определяется по выражению |
(139). Если / \ —»г/, |
|||||||
что может быть в случае, если |
Ч, — * 0 |
, то |
X —*4 |
- т.е. |
||||||
случай физической абсорбции. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Если К—*■ос , |
то мы приходим к уме рассмотренному олучаю |
|||||||||
необратимой реакции I |
порядка. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Необратимая реакция второго порядка.
Кинетика реанции второго порядна описывается уравнением
/Ѵ = ъ "С 0 .
Решение уравнений в этом случае возможно лишь с принятием ряда допущений.
Частным случаем необратимой рзанции второго порядка является быстрая (мгновенная) химическая реакция между коыпонент5м“>Гащти1Гной частью поглотителя. . ,
Б этом случае компонент,абсорбируясь аидностью^образует о актив ной частью поглотителя новое соединение, нотороѳ диффундирует внутрь жидкости. При этом основной слой жидкости отделен от грани цы раздела фаз пленкой, в которой концентрация активной части пог лотителя равна 0.
- 105 -
Рис.32. Схема абсорбции с быстрой химиче-
сиой реакцией в жидкой фазе
Б этой пленкеР£,рис.32 существует постоянная концентрация’про |
|
||||||||||
дукта реакции |
С |
* падающая концентрация компонента X —* 27,. |
|
||||||||
Химическая реакция |
протекает мгновенно |
на границе |
D |
, где’вѲТ- |
|||||||
речается компонент |
X |
с активной |
частъюнпМ'Дотитѳля |
в |
, |
||||||
Концентрации |
'Х и |
|
' Ь |
на этой граіійЦѳі рйВМы' '0. |
|
|
|||||
Уравнения диффузии компонентов имеют вид: |
|
|
|
||||||||
учитывая, |
что |
? Y+ ~2 г = j? |
|
, а |
IV-, |
^ |
|
|
|||
путем несложных подстановок |
и |
преобразований получим |
|
|
|||||||
|
F |
|
■ХР+ |
п |
Ssiß ~ B |
> |
|
|
|
||
|
|
|
|
J)c J— - “ |
|
( Ш |
) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ядесь |
ß*t = Ilc/? |
|
|
(по |
пленочной теории). Коэффициент |
|
|||||
ускорения |
абсорбции равен |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
П-Х? De $ |
|
|
|
(ІИ) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
о другой стороны, |
Х = -/ + |
’ |
|
|
|
|
|||||
откуда при АХ-(хр-*)~(хР-0)~Х |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
С |
De |
|
|
|
|
(И5) |
||
|
6?=- П |
De |
|
|
|
|
|||||
Увеличение движущей силы при абсорбции сопровождаемой быстрой |
|||||||||||
реакцией в жидкой фазе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Из уравнения |
массоотдачи в газовой фазе, учитывая, что |
|
|
||||||||
конно получить выражение для |
XР |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
■ |
|
(в6) |
|
При увеличении концентрации активной части поглотителя увеличивая,тел величина $ (это видно из уравнения (1^5). При этом ХР уменьшается.
- 106 -
С возрастанием концентрации В |
зона JDсмещается н границе |
раз |
||
дела фаз. При |
достаточно |
большом |
В реанцип поіідат на границе |
|
раздела фаз. |
При згой |
ХР будет равно 0, а следовательно |
ур |
|
танке будот равно 0. Это соответствует случаю, когда абсорбция определяется только сопротивлении газовой фазы.
Такая концентрация В |
носит название критической. |
|
Рио. .33. Рвспоеделекиѳ |
|
концентраций при кри |
|
тических концентра |
|
циях активной части, |
|
поглотителя. . |
|
|
|
|
выражения (146) при |
Учитывая (145) и |
(14?) |
получаеи |
(14?) |
|
|
||||
При концентрации |
ß |
выше критической |
(И8) |
|
на поверхности раздела фа? |
||||
будет |
наблюдаться |
некоторая концентрация |
активной части поглотите |
|
ля |
в р . |
|
|
|
Аналогичные соотношении можно вывести и на основании модели обношіония.
Хемосорбция с быстрой реакцией П порядка в видной фазе весьма распространена. Примерами ее являются поглощение сернистого ангид рида, сероводорода, меркаптана раотвсром одного натра, поглощение аммиака кислотами.
Г и д р о д и н а м и к а д в у х ф а з н ы х п о т о к о в
Процесс абсорбции протекает во время более или менее развитого движения гаэа и жидкости относительно друг друга. Современные ап-' параты, предназначенные для проведения абсорбционных процессов, предусматривают наиболее активное смешение и взаимодействие фаз’.о высокими скоростями потоков.
Прдвижении двухфазных потоков кроме оил, характерных для одно фазных потоков (трения, инерции, тяжеоти к т.д») дѳйотлуют еще оры
- 107 -
поверхностного натяжения, разности удельних весов, взаимного тре ния и т.д.
Б двухфазных потоках различают сплошную и дисперсную фазы, Разиѳры аппарата рассчитываются по расходу сплошной фазы. Дисперсная фава распределена в сплошной, это распределенів характеризуется "Удерживающей способностью" -• количеством дисперсной фазы в иа, на единиц объема (I ы3) сплошной фазы. Величина удерживающей способ ности может достигать максимума в точке тан называемой "инверсии" после чего фазы обращаются - бывшая сплошния фаза становится дис персной, а дисперсная - сплошной. От удерживающей способности за висит поверхность и время нонтанта фаз.
При взаимодействии газа и жидкости, поверхность нонтанта фаэ, под влиянием кинетической энергии потоков и сил поверхностного натя жения, претерпевает изменения, связанные в основном с деформацией: изгибы,растяжения и т.д. Кроме того поверхность нонтанта фаз может вовлекаться в общее движение, вызывая увеличение турбулиэации пото ков. Это приводит н увеличению поверхности нонтанта фаз, увеличению скоростей потоков, усилению их взаимодействия и, олѳдоватѳльно, ноаффициентов массоотдачи.
с При движении газа и жидкости могут наблюдаться четыре основных режима;
1. Пузырьковый режим. Б этом режиме небольшое количество газа
движется в виде отдельных пузырей внутри |
ь неподвижной, или моддеиио |
||
движущейся в любом направлении жидкости. |
|
|
|
При движении прямотоком скорость г е з о |
в ы х |
пузырей превышает ско |
|
рость шидности. |
|
|
|
2. Пробковый режим. Пузыри объединяются в |
небольшие газовые про |
||
странства, |
занимающие на некоторой длина |
все |
поперечное сечение |
аппарата. |
Таким образом по аппарату движутся один за другим газовые |
||
ижидкостные пробки, причем жидкостные пробки могут содержать пу зырьки газа.
3.Кольцевой родим. Газ движется по центру, а жидкость с газо выми пузырями по окружности. Этот режим наблюдается при значитель ных расходах газа.
4.Режим эмульгирования появляется при возрастании расхода гааа
иего скорости выше определенного уровня. Происходит инверсия фан
вгаз становится сплошной фазой, а жидкость, з виде капель, про низанных газовыми пузырями, равномерно диспергирована в газе. Обе фазы движутся в виде однородной гьао-жидкостной эмульсии.
-ІО»