Diffusion și modurile cinetice reacții.
Pentru a calcula reactoare gaz-lichid și selectarea caracteristicilor lor de funcționare este modul de important percolare reacție lentă. Pentru stabilirea condițiilor pentru tranziția reacției de la regimul cinetic, ia în considerare viteza de difuzie de conversie a substanțelor care reacționează în conformitate cu ecuația (11,44).
Rata de alimentare cu material în zona de reacție
în care volumul de lucru al reactorului (volumul amestecului gaz-lichid); și - contactul specific de suprafață între faze.
Rata de schimbare a substanței A datorită reacției în volumul de lichid
în cazul în care viteza de reacție constantă.
Deoarece echilibrul în camera de reacție corespunde condiției
apoi din ecuațiile de mai sus obținem
Introduceți această expresie în ecuația și considerând că
caracterizează rata de conversie a compusului A în reactor gaz-lichid.
1. Regimul Kinetic. Dacă ecuația (11.55)
acesta poate fi mai ușor de tip
Această ecuație este caracteristică pentru reacția lentă atunci când concentrația substanței în întregul volum de lichid este practic constantă și egală cu viteza de reacție în acest caz, nu depinde de condițiile hidrodinamice în mașină și, în plus, concentrația este determinată numai de constanta de viteză în aceste condiții, se consideră că reacția are loc într-un mod kinetic.
2. Modul de difuzie. Dacă ecuația (11.55)
acesta poate fi mai ușor de tip
Caracteristica de răspuns rapid atunci când concentrația substanței în zhidkostnoyplenke aproape atinge rata de conversie chimică este determinată în ceea ce privește transferul de masă de substanțe, în funcție de hidrodinamica proces. Prin urmare, reacția are loc în regim de difuzie.
Condiția (11,56) sau (11,58) sunt de o importanță practică. Dacă procesul se desfășoară într-un reactor cu bule sau dispersarea mecanică a gazului, astfel de parametri cum va crește cu barbotare vitezei gazului sau viteza agitatorului În consecință, creșterea acestor parametri pot fi supuși reacției de transfer de la modul de difuzie cinetică, crescând astfel rata de conversie chimică ( Fig. 18). Cu toate acestea, trebuie amintit că independența nu este încă o bază suficientă pentru aprobarea reacției de tranziție într-un mod cinetic. Cu viteze tot mai mari astfel de gaz barbotare poate schimba regimul hidrodinamic al reactorului, unde
Fig. 18. Reacția de tranziție într-un mod cinetic: I - un mod de difuzie; II - Regimul cinetic
La trecerea la regimul cinetic real poate vorbi numai atunci când, la temperatura de reacție mai mare (în fig. 18 pentru a mări cantitatea de depozitate și independența acestuia din confirmă prevederilor de mai sus cu referire la un exemplu concret.
Fig. 19 prezintă rezultatele experimentelor pe hidrogenarea oxidului de etilenă la metan în hidrocarbură lichidă ordonatelor reprezintă valorile de ieșire ale metanului V, pe abscisă - rata redusă de hidrogen în coloana cu bule. Linia 1 corespunde unei temperaturi de reacție de 235 ° C, linia
La o temperatură de 235 ° C, reacția are loc în regiunea cinetică și cu o creștere suplimentară a consumului de hidrogen se reflectă slab la ieșirea din metan. La o temperatură de 261 ° C constantă a vitezei de reacție chimică ajunge la o valoare la care viteza gazului în starea gama investigate (11,58), m. F. Reacția din regiunea de difuzie. Reducerea emisiilor de metan, atunci când, datorită scăderii unei.
Fig. 19. Difuzia și modurile cinetice hidrogenarea oxidului de etilenă
Acest exemplu demonstrează necesitatea de a verifica efectul vitezei gazului pe o gamă largă de schimbare. Încetarea experimentelor cu ar putea duce la concluzia falsă că tranziția la regiunea cinetică.
Ecuația (11.55) oferă o înțelegere destul de clară a factorilor care determină cinetica reacțiilor gaz-lichid, dar
l utilizați pentru a calcula reactoarele industriale împiedicată de lipsa unor recomandări fiabile pentru găsirea coeficientului de transfer de masă și zona interfacială a.
Uneori, încercările de a dezvolta o tehnică de calcul a reactoarelor bubble pe baza legilor de transfer de masă dintr-o singură bulă de gaz în creștere într-un strat de lichid cu o anumită viteză. Procesul de transfer de masă bubble nedeformată nu este dificil de a aranja dimensiuni mici, în timp ce gazul suflat într-un lichid cu viteze reduse prin găurile fine (de exemplu, printr-un perete despărțitor ceramic poros). Cu toate acestea, rezultatele cercetării obținute în aceste condiții nu pot fi întotdeauna utilizate la calcularea aparatelor industriale umplute amestec gaz-lichid puternic turbulent astfel încât astfel de concepte ca diametrul bulei de gaz și a ratei sale de creștere, devin destul de convențional.