ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Растворение газа в жидкости из "Химическая кинетика и катализ 1985" Рассмотрим сначала простейший процесс — растворение газа в жидкости, который, хотя и не всегда является реакцией, но зато очень удобен в качестве простейшей модели. [c.258] Пусть дана газовая фаза в виде сплошного объема Уг или системы пузырьков, жидкая фаза объема Уж и поверхность 5 раздела фаз. В газовой фазе дан растворяющийся газ А концентрации Сг его текущую концентрацию в жидкости обозначим Сж. Задача — описать кинетику растворения, т. е. описать поведение системы во времени. [c.258] Выделим основные стадии процесса диффузия А (в газовой фазе) к поверхности раздела фаз, адсорбция А на поверхности раздела фаз, растворение адсорбированного А и диффузия растворенного А от поверхности раздела в объем жидкости. Будем считать, что перемешивание жидкости и газа осуществляется достаточно интенсивно, чтобы концентрации А у поверхности раздела я в объеме фаз существенно не отличались. Тогда диффузионные стадии не будут влиять на закономерности процесса, и можно рассматривать более простую совокупность стадий — адсорбция, десорбция, растворение, причем ьо всех этих стадиях участвует поверхность раздела. [c.258] Если концентрация А в растворе далека от насыщения, удельная скорость растворения будет пропорциональна разности между концентрациями в адсорбированном слое и в растворе с поправкой на отношение плотностей. [c.259] В уравнения (1) —(3) входят концентрации Сг, Сж, в. Обычно концентрацию А в газовой фазе Сг легко измерить, определение Сж затруднено, а 0 — невозможно. Дадим кинетическое описание системы для наиболее трудного случая, когда известна только одна концентрация — Сг. [c.259] Система дифференциальных уравнений (5) и (6) полностью характеризует ситуацию и может быть решена стандартными методами. Проще всего здесь использовать преобразование Лапласа (Лапласа — Карсона). [c.259] Предполагается, что Сг не зависит от времени (т. е. система является открытой по газу) и одинакова в любой точке у поверхности раздела фаз. Если же система закрыта и по газу, то решаемая система дифференциальных уравнений наряду с (5) и (6) должна включать и уравнения (2) и (1). Разность последних дает кинетику изменения концентрации А в газовой фазе. [c.260] Уравнения (8) и (12) являются решением поставленной задачи (дают кинетическое описание системы). Как видно, закономерности эволюции системы определяются значениями двух характерных времен = 1/71 и 2 = 1/72- Анализ показывает, что первое из них — характерное время эволюции системы при квази-стационарном протекании процесса, а второе — характерное время установления квазистационарного режима. На этой основе зависимости, выражаемые уравнениями (8) и (12), получают ясную физическую трактовку. Первый член уравнения (8) представляет собой стационарное решение, второй отражает закономерности эволюции системы при квазистационарном протекании растворения, третий — отклонения от квазистационарного режима. [c.260] Осмыслим физическую картину протекания процесса. В началь ный нестационарный период поглощаемый газ расходуется в ос новном на увеличение концентрации его в адсорбированном слое Одновременно с относительно малой скоростью идет его накопле ние в растворе (поскольку концентрация адсорбированного А от носительно мала). Кинетика растворения описывается уравнением (8) или (12). [c.260] Собственно скорость растворения в начале процесса весьма мала, затем она быстро возрастает практически до максимальной и медленно снижается по мере увеличения концентрации растворенных частиц. Если условие квазистационарности выполнено, процесс растворения можно считать установившимся, начиная с окрестности максимума скорости растворения. [c.261] Вернуться к основной статье