Лако-красочные материалы — производство

Если в жидкой фазе находится вещество, которое реагирует хи­мически с молекулами растворенного вещества А, то это — случай массообмена, сопровождаемого химической реакцией. Химическая реакция ускоряет массообмен тем сильнее, чем выше константа ско­рости реакции и чем больше равновесие смещено в сторону образо­вания продуктов. Предельным случаем будет неоднократная хими­ческая реакция с очень большой скоростью.

Вопросы массообмена, осложненного химической реакцией, раз­работаны еще слабо. Относительно много теоретических исследова­ний и экспериментальных работ посвящено случаям быстрых необра­тимых реакций. Шервуд и Риан [63], Мак и Марринер [44], Павлу­шенко, Смирнов и Романков [53], а также Бласинский и Босс [5, 6] провели такие исследования для аппаратов с мешалкой.

Критериальные уравнения для расчета массообмена проводятся только в двух последних работах. Павлушенко, Смирнов и Роман­ков [53] получили методом анализа размерностей уравнение:

Здесь К [в кг/(кг«с) или кг/(м3-с)] обозначает так называемую удельную производительность процесса. Эта величина определяется следующим образом:

Масса прореагировавшего вещества (в кг) — Количество реакционной среды х время реакции (в с)

Причем количество реакционной среды может быть выражено либо в килограммах, либо в кубических метрах.

Для конкретной системы жидкость — твердое тело величина К Пропорциональна (в приближении) коэффициенту массоотдачи кс, Найденному из уравнения Хиксона и Боума (VI-47).

В целях определения постоянной и показателей степени в урав­нении (VI-54) авторы провели экспериментальные исследования растворения таблеток различных кислот (бензойной, щавелевой, борной и др.) в водном растворе гидрата окиси натрия. Исследования велись в цилиндрическом аппарате с мешалкой, эллиптическим дни­щем и отражательными перегородками или без перегородок. Исполь­зовались турбинные и пропеллерные мешалки. Результаты исследо­ваний представлены в табл. VI-5. Показатель К дает возможность непосредственно рассчитывать количество прореагировавшего ве­щества (умножением величины К на время реакции и массу либо объем реакционной среды). Полученная корреляция не учитывает, К сожалению, таких параметров процесса, как концентрация реа­гента в жидкой фазе и концентрация твердого; следовательно, она может быть использована для расчетов лишь при сохранении тех условий проведения процесса, которые были применены авторами. Установлено, что турбинные мешалки действуют более эффективно, чем пропеллерные. При больших числах оборотов мешалки влияние отражательных перегородок на скорость процесса положительное, при малых числах оборотов — отрицательное.

Таблица V1-5

Постоянная и показатели степени в уравнении (YI-54)

-£.-<, (4)’

В следующей работе [65] авторы изучили влияние диаметра частиц на скорость процесса растворения и выполнили дополнительные ис­следования для лопастной мешалки. Влияние параметра dr они учли в уравнении (VI-54), введя в него поправку (Dr/d)m. Для тур­бинных мешалок т — —0,8, для пропеллерных мешалок т — —0,9, для лопастных мешалок т, = —1,0.

Бласинский и Босс [5, 6] провели обширные исследования мас­соотдачи, осложненной химической реакцией, в системах жидкость — твердое тело. Исследования велись в десяти геометрически подоб­ных аппаратах с открытыми турбинными мешалками. Диаметр сосудов D был равен 93—295 мм. Отражательные перегородки в со­судах не устанавливались. Каждая мешалка имела шесть прямых лопаток. Аппараты были стеклянными, цилиндрической формы, с плоским днищем. В качестве твердого реагента А использовались таблетки бензойной кислоты, а в качестве жидкого реагента В — водные растворы гидрата окиси натрия и гидрата окиси калия.

При всех измерениях были сохранены постоянными высота столба жидкости Н = D и расстояние мешалки от дна сосуда h = D/6.

Влияние реакции на массоотдачу учитывалось в соответствии с тео­рией Хатта. Результаты измерений авторы обобщили в виде крите­риального уравнения:

DA

Показатель степени х/2 при критерии Шмидта авторы приняли на основе работы Марангосиса и Джонсона [45]. Остальные показа­тели степени определялись авторами на основе собственных экспе­риментов. Параметр ф учитывает влияние химической реакции на массоотдачу и представляет собой отношение коэффициентов массо­отдачи с участием химической реакции и без ее участия.

Эту величину авторы вычисляли по уравнению Хатта [17]:

Ф = 1 + -^£во (VI_56)

A A.Z

Сравнение зависимостей (VI-54) и (VI-55) показывает лишь удо­влетворительное соответствие показателей степени при диа­метре мешалки D и диаметре сосуда D.