ій фазі, фронт переміщається на межу розділу фаз. p> Знайдемо швидкість хімічного процесу як швидкість абсорбції газу рідиною у присутності швидкої хімічної реакції:
В
У результаті швидкість хімічного процесу буде підкорятися наступному рівнянню:
В
Якщо порівняти цей вираз з рівнянням, що описує швидкість фізичної абсорбції, то можна бачити, що в обох випадках опір масопереносу однаково (знаменник дробу, що стоїть на початку виразу), але у присутності хімічної реакції значно збільшується градієнт концентрацій реагенту, що переходить з газової фази в рідину. Зростає і рушійна сила процесу? різниця концентрацій газоподібного реагенту на межі розділу фаз і в об'ємі рідини.
гетерофазної хімічна реакція, що протікає в об'ємі рідини поза прикордонної плівки
Розглянемо реакцію газоподібного реагенту А з розчиненим в рідині речовиною Y: у разі відносно швидкої массопередачи молекул речовини А з ядра газового потоку до поверхні розділу і порівнянних швидкостей хімічної реакції в рідкій фазі і перенесення компонента А в прикордонній плівці рідини. При цьому массоперенос розчиненого компонента відбувається швидко в порівнянні з хімічною реакцією, відповідно, концентрація реагенту виявляється постійною і за обсягом рідини, і в прикордонній плівці (рис. 25). br/>
Рис. 25. Розподіл концентрацій реагентів у разі повільної хімічної реакції поза ПЖС Нехай швидкість хімічної реакції відповідає закону першого порядку по газоподібного реагенту, розчиненому в рідини, а порядок по реагенту Y буде довільним:
В
Потік речовини А (і швидкість хімічного процесу) буде дорівнює добутку швидкості хімічної реакції на обсяг рідкої фази V, так як rx.p? швидкість поглинання речовини А одиницею об'єму розчину, а дифузійний потік (і швидкість хімічного процесу) дорівнює швидкості поглинання речовини всім об'ємом реакційної маси:
В
Складемо баланс потоків компонента А:
В
де BА? коефіцієнт масопередачі речовини А в рідкій фазі.
Звідси концентрація речовини А в об'ємі рідини становитиме:
В
Тепер швидкість хімічного процесу запишеться так:
В
З наведеного рівняння виходить, що в перехідній області протікання хімічного процесу спостережуваний порядок реакції навіть по тому реагенту, який не бере участі в масообмінних процесах, не збігається з істинним і може змінюватися від 0 до nY. Проаналізуємо зміну спостережуваного виду швидкості процесу залежно від співвідношення величин доданків у знаменнику дробу:
а) (константа швидкості реакції дуже мала в порівнянні з величиною, зворотною опору масопереносу? кінетичний режим):
В
Швидкість хімічного процесу визначається швидкістю хімічної реакції і виявляє перший порядок по компоненту А, кількість якого виражено через парціальний тиск у газовій суміші, і істинний порядок nY по реагенту Y;
б) (константа швидкості реакції дуже велика в порівнянні з величиною, зворотною опору масопереносу? дифузійний режим):
В
Швидкість хімічного процесу визначається швидкістю перенесення речовини А у прикордонній плівці, виявляє перший порядок по компоненту А і не залежить від концентрації реагенту Y.
Навіть якщо швидкість хімічної реакції не відповідає закону першого порядку по реагенту А, то в дифузійному режимі спостережуваний порядок буде першим, а в кінетичному режимі он буде збігатися з істинним порядком. Винятком з цього правила буде випадок нульового порядку за газоподібному реагенту. Розглянемо цей варіант. Нехай рівняння швидкості хімічної реакції має вигляд:
Баланс потоків:
В
звідки
В
Підставимо останнє співвідношення в рівняння швидкості хімічного процесу:
В
Як видно, в даному випадку швидкість процесу не залежить від швидкості перенесення реагенту з газової фази. Фактично реакція протікає в кінетичному режимі незалежно від величини коефіцієнта массоотдачі і поверхні масообміну. ​​p> гетерофазної хімічна реакція, що супроводжується взаємодією речовин у прикордонній плівці
Коротко розглянемо випадок, проміжний між описаними вище, тобто швидкість реакції набагато менше, ніж швидкість миттєвого взаємодії на реакційної поверхні всередині плівки, але набагато більше, ніж швидкість реакції без урахування взаємодії в плівці. У такому випадку речовини А і Y взаємодіють в прикордонному шарі, але реакція в ньому проходить не повністю. Після того, як непрореагировавшего частина речовини А проходить через ПЖС, реагент рівномірно розподіляється в об'ємі, і далі реакція між розчиненими компонентами протікає як гомогенний процес. Розподіл концентрацій представлено на рис. 26. Концентрації рідкого реагенту Y і розчиненого газоподібного речовини А у прикор...
