Хемосорбция газовых примесей

При абсорбции, сопровождаемой химической реакцией в жидкой фазе, абсорбируемый компонент вступает в реакцию с поглотителем. Возрастает градиент концентраций около поверхности раздела, скорость поглощения увеличивается.

Предполагается, что движущая сила процесса хемосорбции равна движущей силе физической абсорбции, а ускорение процесса массообмена химической реакцией учитывается поправкой к коэффициенту массопередачи в жидкой фазе, определенному по критериальным зависимостям для физической абсорбции.

Коэффициент ускорения абсорбции в жидкой фазе при протекании химической реакции равен.

(7.54).

где и - коэффициенты массоотдачи в жидкой фазе для физической абсорбции и хемосорбции.

Связь коэффициента массопередачи с коэффициентами массоотдачи при хемосорбции определяется уравнениями.

(7.55).

(7.56).

Коэффициент ускорения зависит от скорости химической реакции и степени турбулизации жидкости. По мере протекания хемосорбции коэффициент массоотдачи в жидкой фазе уменьшается, что затрудняет вычисление движущей силы.

Величины поправок? для двух типов химических реакций представлены на графике рис. 7.7.

Если в жидкой фазе протекает обратимая реакция первого порядка А-В, то для определения? можно воспользоваться левой от диагонали частью рис. 7.7. На оси абсцисс здесь отложены значения безразмерного параметра ?1, определяемого выражением.

Р и с. 7.7. Коэффициенты ускорения процесса массообмена химической реакцией.

(7.57).

где D_A — коэффициент диффузии абсорбируемого газа, м²/с; k₁ — константа скорости реакции первого порядка, с^-1; ?_ж — коэффициент массоотдачи в жидкой фазе при физической абсорбции, м/с.

Как следует из рисунка, при значении константы равновесия К_eq = 0 коэффициент ускорения ?=1, что соответствует случаю отсутствия химической реакции. Кривая К_eq = соответствует необратимой реакции.

Данные по необратимой реакции второго порядка между компонентами, А и B приведены в правой от диагонали части рис. 7.7. Здесь на оси абсцисс отложены значения безразмерного параметра ?2, определяемого выражением.

(7.58).

где k₂ — константа скорости реакции второго порядка, м³/(кмоль· с); С_вх — концентрация несвязанного компонента В в жидкой фазе, кмоль на 1 м поглотительной жидкости.

Величину М определяют по формуле.

(7.59).

где N — число киломолей вещества В, расходуемых в реакции на 1 кмоль вещества А; С_А — концентрация компонета, А у границы раздела фаз.

На рис. 7.7 можно выделить некоторые области, где определение? для процесса хемосорбции с реакцией второго порядка упрощается.

При малых значениях параметра ?₂ (0,5 и менее)? ? 1, т. е. влияние химической реакции незначительно, и процесс может приближенно рассматриваться как физическая абсорбция. При значениях ?₂ > 2 и M>? величина? не зависит от М и равна а₂.

При значениях параметра ?₂, намного превосходящих М (область, в которой линии М примерно горизонтальны), коэффициент? не зависит от ?₂ и равен? + 1 (быстрая реакция).

Считается, что коэффициент ускорения ?, определенный опытным путем для конкретного процесса, учитывает влияние всех факторов на параметры хемосорбционного процесса и включает в себя все отличия от процесса физической сорбции.

Для хемосорбционной очистки требуется в несколько раз меньшая поверхность массообмена по сравнению с поверхностью массообмена для физической абсорбции, что соответствует кратному ускорению процесса.