Математическая модель. Математическая модель указанной последовательности этапов основана на равенстве потоков WI, WII и WIII на стадиях переноса и скорости превращения WIV

Математическая модель указанной последовательности этапов основана на равенстве потоков W _I, W _II и W _III на стадиях переноса и скорости превращения W _IV компонента А:

W_I = W_II = W_III = W_IV

Перенос через газовый пограничный слой

W_I = -bгS(Р_A* - Р_A), где bг - коэффициент массообмена между газом и поверхностью раздела фаз; Р _A* - парциальное давление А у поверхности раздела фаз; S - величина поверхности раздела фаз.

Перенос через поверхность раздела фаз осуществляется на расстоянии размера молекул, и можно полагать, что приповерхностные парциальное давление в газе Р_A* и концентрация в жидкости С_A* находятся в равновесии

С _A * = KaР_A*, где K a - константа абсорбции.

Перенос А через пограничный слой жидкости

W_II = -bжS(C_A - С_A*), где bж - коэффициент массообмена между поверхностью раздела фаз и объемом жидкости.

Реакция протекает в объеме жидкости Vж, и скорость превращения А в объеме:

W_IV = -kC_AC_BVж

Приравниваем W_I, W_II и W_IV:

-bгS(Р_A* - Р_A) = -bжS(C_A - С_A*) = - kC_AC_B Vж

Поток через границу раздела фаз заменяется условием фазового равновесия:

С_A* = KaР_A*.

Из трех уравнений:

С_A* = KaР_A*

-bгS(Р_A* - Р_A) = -bжS(C_A - С_A*)

-bжS(C_A - С_A*) = - kC_AC_BVж

можно определить три неизвестные - установившиеся концентрации Р_A*, С_A* и C_A.

С помощью несложных математических преобразований получаем

С_A* = (bжC_A + bгР_A)/(bж + bг/Ka)

Здесь использована удельная поверхность раздела фаз

Sуд = S/Vж,

обычно используемая для характеристики развитости площади контакта жидкости и газа.

Если перенос из одной среды в другую проходит через несколько последовательных этапов, то его интенсивность определяют общим коэффициентом массопереноса между газом и жидкостью b:

1/b = Ka/bг + 1/bж

Аппараты, в которых осуществляются газожидкостные реакции:

1) Насадочный абсорбер

2) Колонна с ситчатыми переточными тарелками

3) Пленочный абсорбер

4) Абсорбер с барботажным слоем

Условия процесса – состояние каждой из фаз и параметры их взаимодействия.

Скорость превращения в гетерогенном химическом процессе, выраженная через условия процесса, есть наблюдаемая скорость превращения.

Лимитирующая стадия – этап многостадийного процесса, характеризующийся максимальной движущей силой или минимальной интенсивностью. Лимитирующая стадия определяет режим, или область протекания процесса.