Пленочная модель.

Пленочная модель основывается на предположении о том, что у поверхности жидкости, граничащей с газом, имеется неподвижная пленка (диффузионный слой) толщиной d. В пределах этой пленки перенос газообразного реагента осуществляется исключительно за счет молекулярной диффузии при полном отсутствии конвективного переноса. Принимается, что состав основной массы жидкости за пределами пленки однороден за счет перемешивания, а изменение концентрации растворяемого реагента от величины С_Аг (постоянная концентрация в газовой фазе) до С_Аж (концентрация в основной массе жидкости) происходит внутри пленки.

Газ Жидкость

Газ Жидкость С_Аг

М

С_Аж

d

Рисунок 47. Схематическое изображение пленочной модели (а) и профиль изменения концентрации растворяемого компонента А (б).

При отсутствии химической реакции между растворяемым компонентом А и растворителем профиль концентрации компонента А будет линейным. Массоотдача от газа к жидкости через пограничную пленку описывается законом Фика для молекулярной диффузии. В стационарном режиме поток через поверхность будет постоянным, следовательно, при постоянстве коэффициента молекулярной диффузии

(178)

где D- коэффициент молекулярной диффузии; b_Ж – коэффициент массоотдачи в диффузионной пленке,

(179)

При химической реакции между растворяемым реагентом А и веществом В, находящимся в жидкой фазе,

аА_(г) + вВ_(ж) ® продукты

уменьшение концентрации реагента А в пограничной пленке происходит не только вследствие диффузионных процессов, но и в связи с расходованием его на реакцию. Профиль концентрации в пограничном слое вследствие этого искривляется. Это приводит к увеличению градиента концентрации у границы раздела фаз. В результате произойдет увеличение скорости переноса вещества из газовой фазы в жидкую, что является характерной чертой газожидкостных реакций.

Формально, в рамках пленочной модели вводят коэффициент ускорения абсорбции под влиянием химической реакции. Криволинейный профил концентрации реагента А внутри пограничной пленки при наличии реакции можно условно изобразить ломаной линией.

Газ Жидкость

С_Аг

С_Аж

d^!

d

Рисунок 48. Аппроксимация нелинейного концентрационного профиля при наличии химической реакции: 1 – реальный (нелинейный); 2 – приближенное изображение.

В соответствии с этим приближением изменение концентрации реагента происходит в пленке, имеющей толщину d^!. Уменьшение толщины пленки приведет к росту коэффициента массотдачи

(180)

где b^!_Ж – коэффициент массотдачи при наличие химической реакции; e - коэффициент ускорения абсорбции при наличие химической реакции, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость абсорбции при наличие химической реакции в жидкой фазе

(181)

С учетом уравнения (181) уравнение (173) принимает вид

(182)

В рамках двупленочной модели считают, что пограничный диффузионный слой, примыкающий к границе раздела фаз, имеется не только со стороны жидкой фазы, но и со стороны газовой фазы.

Пленочные модели газожидкостных реакций лишь приближенно описывают гетерогенный процесс Г – Ж. В действительности, изменение концентрации растворяемого реагента происходит не только внутри очень тонкой пленки одинаковой толщины, но и в основной массе потока. Однако, как показала практика, количественные результаты на основе пленочной модели, как правило, мало отличаются от результатов полученных с использованием более сложных моделей.