Скорость поглощения оксидов азота и образование азотной кислоты

Кинетика взаимодействия оксидов азота с водными растворами азотной кислоты в присутствии кислорода представляет собой сложный массообменный процесс, который сопровождается химическими реакциями как в жидкой, так и в газовой фазе.

Скорость взаимодействия оксидов азота с водой зависит от физико-химических и гидродинамических условий абсорбции.

Можно констатировать, что скорость абсорбции нитрозного газа удовлетворительно описывается основным уравнением массопередачи (31):

, (31)

где V – скорость поглощения оксидов азота (в пересчете на азотную кислоту), отнесенная к площади ситчатой тарелки, кг/м²·ч;

– фактор, учитывающий протекание реакций, равный 9,807·10² Па;

– средняя движущая сила процесса;

К – коэффициент массопередачи.

Средняя движущая сила процесса рассчитывается следующим образом:

,

где p _н и p _к – начальное и конечное давление оксидов азота, Па;

p _н.р.и p _к.р. – равновесное давление оксида азота в начале и конце процесса.

Скорость и степень абсорбции оксидов азота при снижении их концентрации в газе заметно снижается, (кривая 1). Это можно проиллюстрировать рис. 12. Важным фактором, влияющим на интенсивность абсорбции, является также степень окисления NO (кривая 2).

Все изложенное в общем виде подтверждается работами многих ученых, каждая из которых по своему конкретизирует протекание процесса абсорбции.

Пример 1. Ф. Чемберс и Т. Шервуд показали, что в данном процессе регулирующим фактором является скорость диффузии диоксида азота через пленку кислотного тумана. Количество диоксида азота, поглощенного раствором азотной кислоты (в моль/см²·с) определяется уравнением:

, (32)

где – количество поглощенного диоксида азота;

– общее давление газа, парциальные давления N₂O₄, NO₂ и инертов соответственно, ат.;

– коэффициенты диффузии N₂O₄ и NO₂,см²/с;

х – эффективная толщина пленка, см;

R – универсальная газовая постоянная, ат*см³/град.*моль;

Т – температура, К.

Пример 2. По данным К. Денбайя и А. Прайнса, скорость абсорбции определяется кинетикой поглощения N₂O₄ (реакция 22):

,

где К – константа равновесия, равная отношению ;

b – коэффициент диффузии, его значения составляют при 25 °С 2–8 см/с; при 45 °С 10–15 см/с; число Рейнольдса должно укладываться в интервале: Re_г = 3000–1200, Re_ж = 600–100.

Пример 3. Н.М. Жаворонков и Ю.М. Мартынов установили наличие двух переходных областей процесса абсорбции:

1. В первой области, при малом содержании NO₂ (до 0,3 % об.) в газе скорость абсорбции пропорциональна концентрации NO₂ и не зависит от линейной скорости газа.

2. При более высоком содержании NO₂ скорость абсорбции зависит от линейной скорости газа.

Переход из одной области протекания процесса в другую происходит при концентрации NO₂, названной концентрацией динамического равновесия.