, коли одним з опорів можна знехтувати. Припустимо, газ має високу розчинність в рідині. Тоді константа Генрі мала, і швидкість абсорбції буде визначатися величиною коефіцієнта массоотдачі від газу до рідини bг, і величина потоку речовини прийме вигляд: Прикладом подібних систем можуть служити газоподібний аміак і вода. Зворотна картина спостерігається при слабкій розчинності газу і високої константі Генрі (наприклад, кисень і вуглеводневий розчинник). У цьому випадку величина потоку залежить від опору массопередачи в рідкому шарі:
В
У будь-якому випадку швидкість абсорбції можна збільшити за рахунок підвищення площі поверхні масообміну. Для цього необхідно підвищувати інтенсивність перемішування фаз або за рахунок підвищення лінійної швидкості руху газу в апараті, або шляхом введення спеціальних перемішують. br/>
3.2 Хімічна реакція, що супроводжується абсорбцією
Реакції в гетерофазної системі можуть протікати в різних зонах рідкої фази? від межі розділу з газом до повного об'єму рідини. Частка реакційної зони в рідині визначається співвідношенням швидкостей массопередачи (дифузії газу до поверхні розділу і дифузії розчиненої речовини в рідині) і хімічної реакції. Розглянемо крайні випадки протікання хімічного процесу в гетерофазної системі:
) швидкість реакції дуже велика порівняно зі швидкістю масопереносу, тоді реакція протікає у прикордонній плівці рідини;
) швидкість реакції набагато менше швидкості масопереносу, тоді реакція здійснюється в обсязі рідкої фази при концентрації реагенту в рідині, определяющейся умовами його перенесення з газової фази.
гетерофазної хімічна реакція, що протікає в прикордонному шарі рідини
Нехай протікає швидка взаємодія з одиничною стехіометрією між реагентом Y, розчиненим в рідині, і газоподібним речовиною А:
А + Y В® В.
Очевидно, що хімічної реакції передує стадія абсорбції газоподібного реагенту. Нехай при цьому на межі розділу фаз здійснюється рівновагу між розчиненим і газоподібним компонентом А. Реагенти дифундують назустріч один одному у прикордонній плівці рідини товщиною d і миттєво реагують на реакційної поверхні, паралельної межі розділу фаз. Відстань до цієї поверхні від кордону розділу х0 визначається співвідношенням швидкостей дифузії реагентів А і Y в рідині. Площі реакційної поверхні і поверхні розділу однакові. p> Розподіл парціальних тисків і концентрацій реагентів представлено на рис. 24. Розглянемо три мольних потоку речовин: 1) перенесення газоподібного реагенту А до межі розділу, 2) перенесення розчиненого реагенту А до поверхні реакції; 3) перенесення розчиненого реагенту Y від внутрішньої межі прикордонного шару до поверхні реакції. Запишемо величини цих потоків, які дорівнюють один одному в умовах стаціонарного процесу:
В
де bАг, bАж, byж? коефіцієнти массоотдачі реагенту А в газовій і рідкій фазах і реагенту Y в рідині; рА? парціальний тиск реагенту А в газовій фазі; рАгф? парціальний тиск реагенту А на межі розділу фаз; Сy? концентрація реагенту Y в рідкій фазі; S? площі поверхні масообміну і реакційної поверхні.
Концентрації реагентів на поверхні реакції миттєво падають до нуля в результаті швидкого взаємодії між ними.
Рис. 24. Розподіл концентрацій реагентів у разі швидкої хімічної реакції в плівці рідини
Коефіцієнти массоотдачі для речовин А і Y в відсутності хімічної реакції при тих же гідродинамічних умовах визначаються як
В
де Djж? ефективний коефіцієнт дифузії реагенту j в рідині;
d? товщина ПЖС. Проте в даному випадку молекули кожного реагенту долають тільки частину товщини ПЖС, зокрема молекули речовини Y? d? x0, молекули речовини А? х0. Тоді спостерігаються на практиці коефіцієнти bjж можна визначити наступним чином:
В
Тепер рівняння балансу потоків можна записати як
В
де bАг? коефіцієнт массоотдачі через ПГС.
У рівняннях є дві невідомі величини: ставлення х0/d і концентрація сАгф, пов'язана з парціальним тиском рівнянням Генрі сАгф = рАгф/НА. Знайдемо відношення х0/d з останнього рівності потоків:
В
Підставивши це співвідношення в першу рівність з урахуванням рівняння Генрі, отримаємо:
В
Тепер можна виразити концентрацію реагенту, що переходить з газової фази, на поверхні розділу через відомі величини:
В
і остаточно визначити положення реакційної поверхні:
В
Очевидно, якщо парціальний тиск газоподібного реагенту набагато більше, ніж другі доданки в чисельнику і знаменнику дробу, ставлення х0/d стає рівним одиниці і фронт реакції переміщається на внутрішню кордон ПЖС (на малюнку праворуч). Якщо ж при збільшенні концентрації реагенту Y в розчині величина стає рівною парціальному тиску компонента А в газов...
