Аппараты емкостного типа для проведения процессов в системе «жидкость – жидкость»
Гетерофазные реакции могут протекать также в системе, состоящей из двух несмешивающихся или частично смешивающихся жидкостей. К этим процессам можно отнести сульфирование и нитрование углеводородов или ароматических соединений.
Как уже отмечалось ранее, в таких системах в общем случае реакция может проходить в одной из фаз или сразу в обеих, либо на границе раздела фаз. Поэтому хорошее перемешивание может значительно уменьшить сопротивление диффузии и одновременно увеличить поверхность контакта (межфазную поверхность) несмешивающихся фаз.
В связи с этим для осуществления процессов в системе «жидкость – жидкость» на практике целесообразно использовать реакторы периодического или непрерывного действия полного перемешивания. При полном перемешивании, протекающие в этих реакторах реакции отождествляются с химическими превращениями в гомогенной жидкой фазе. Следовательно, для расчета времени реакции (), например, для реакции A(ж) + B(ж) продукты в реакторе периодического действия (рис. 7.6, а), можно воспользоваться уравнением
. (7.31)
Если эта же реакция протекает в реакторе полного смешения непрерывного действия (рис. 7.6, б), то для его расчета необходимо использовать уравнение
(7.32)
или
. (7.33)
При этом процесс многоступенчатого смешения с параллельным током жидких реагентов может быть рассчитан по аналогии с каскадом реакторов полного смешения (см. глава VI). Однако процессы многоступенчатого смешения в противоточной системе являются одним из примеров,
а б
Рис. 7.6. Реактора полного смешения для проведения реакций в системе «жидкость – жидкость»
а – периодического действия; б – непрерывного действия.
когда методы расчета, используемые ранее, становятся неприемлемыми. Процессы этого типа напоминают противоточную систему с движением фаз в режиме, близком к режиму идеального вытеснения.
Замечание. Следует отметить, что количество систем, поддающихся расчету изложенными методами, ограничено. Однако на основе этих теоретических представлений могут быть построены модели для анализа широкого круга процессов с быстро или медленно протекающими реакциями. Для этого только необходимо иметь точные экспериментальные данные о таких параметрах, как , D и .
Вопросы для самостоятельного повторения материала
Какие реакторные системы используют для проведения гетерофазных процессов? Приведите примеры и объясните их принцип действия.
В противоточной колонне протекает реакция A(г) + B(ж) R(г) + S(ж). Выведите в общем виде уравнение для определения высоты колонны, принимая разумные допущения.
Приведите уравнение для расчета диаметра аппаратов колонного типа непрерывного действия. Как будет изменяться диаметр колонны при изменении объемного расхода газа и его предельной скорости в реакторе?
Реакция между двумя частично смешивающимися жидкостями A(ж) + B(ж) продукты протекает в реакторе периодического действия полного смешения при CA0 = CB0 = 1,2 кмоль/м3. Степень превращения по веществу A xA = 0,6. Порядок реакции – второй. На основании этих данных определите время реакции, которое необходимо для обеспечения в конце процесса CB = 0,5 кмоль/м3.
Напишите уравнение материального баланса для аппарата колонного типа, работающего в режиме противотока реагирующих фаз, в котором протекает реакция A(ж) + B(ж) продукты. Постройте графики pB = f(CA) для противоточной и прямоточной колонн.
Как влияет коэффициент Генри и коэффициент растворимости на время протекания гетерофазных процессов в реакторах полупериодического и периодического действия?
Поясните особенности работы реактора полупериодического действия для проведения реакций в системе «газ – жидкость». Если реакция протекает в кинетической области, от чего будет зависеть время () этого процесса?