Газ (жидкость)-жидкость

1. Газ (жидкость)-жидкость

Упрощенный вариант

2.

ХТП с взаимодействием газообразных и жидких
компонентов очень разнообразны. К ним относят:
1. Абсорбцию газов жидкостями, в том числе
сопровождающуюся
химической
реакцией;
десорбцию газов.
2. Процессы, сопровождающиеся химической
реакцией
при
взаимодействии
несмешивающихся жидкостей, используют во
многих производствах органического синтеза.
Например,
к
ним
относятся
процессы
сульфирования и нитрования, ароматических
соединений растворами неорганических кислот.

3.

Пусть газовая смесь, содержащая вещество
А,
взаимодействует
с
жидкостью,
содержащей вещество В. При этом А и В
должны
химически
прореагировать
между собой:
А (г.) + В (ж.) =D(ж.)

4.

I
V

5.

В рассматриваемой системе реакции протекают в основном в
жидкой фазе. В общем случае химической реакции
предшествует стадия доставки газообразных реагентов
диффузией их в газовой смеси к поверхности раздела фаз и
растворение в жидкости.
Такова простейшая мысленная модель протекания основных
этапов процесса.
Для количественного описания таких процессов широко
используют пленочную модель, согласно которой по обе стороны
межфазной поверхности Г(Ж)-Ж существует ламинарная
пограничная пленка. Скорость диффузии через пленку прямо
пропорциональна разности концентраций по обе стороны
пленки и обратно пропорциональна ее толщине.
Предполагается, что на поверхности контакта фаз
устанавливается
равновесие
между
концентрацией
поглощаемого компонента в жидкой и газовой фазе.

6.

На рис. показан характер изменения концентраций
реагентов А и В и продукта D в пограничных пленках
согласно пленочной модели для случая, когда скорость
диффузии соизмерима со скоростью реакции.
Концентрация В в жидкости равна Св.о, компонента Аотсутствует. Вследствие этого он диффундирует через
пограничный слой газа II, поверхность раздела фаз III,
пограничный слой жидкости IV и в нем вступает в
химическую реакцию с В, образуя продукт D При этом
концентрация А уменьшается до нуля к моменту
окончания реакции на расстоянии а от поверхности
раздела фаз. Компонент В диффундирует сквозь жидкий
пограничный слой в направлении поверхности раздела
фаз. Его концентрация уменьшается и на расстоянии b
становится равна нулю

7.

. Продукт D накапливается в слое толщиной а до
некоторой концентрации и диффундирует в поток
жидкости.
При увеличении скорости химической реакции и
уменьшении скорости диффузии а стремиться к
нулю. При малой скорости реакции и высокой
скорости диффузии реакция заканчивается в зоне
турбулентного потока жидкости (зона V).
Расчет процесса сводится к составлению и решению
системы уравнений скорости диффузии реагентов А и
В через пограничные слои и скорости химической
реакции при соответствующих граничных условиях.

8.

Процесс

9.

Коэффициент массопередачи
Кm равен
где βg –коэффициент массоотдачи со стороны газа;
βL- коэффициент массоотдачи со стороны жидкости;
НL- константа Генри;
ε- коэффициент ускорения при наличии химической
реакции (пропорционален константе скорости реакции
k).

10.

Справка Коэффициент массоотдачи показывает, какое количество вещества переносится из
ядра потока к границе раздела фаз через единицу поверхности в единицу времени при
движущей силе, равной единице.
Интенсификация таких процессов достаточно
сложна т.к. кроме перемешивания, которое
уменьшает величину диффузионных зон, такой
фактор как температура ускоряет собственно
реакцию, но и способствует десорбции газа.