気液反応の速度式の導出

質問

仕事で気液反応（充填塔による反応)を検討しています。
溶媒に溶解しているAとガスBの反応です。ガス濃度や、ガス、液流量を振りながら実験をしていき、依存性をまず見ようと思います。得られたデータから速度式を導出したいのですが、どのような方法で解析し速度式を導出したらいいのか教えてください。どこか詳しく書かれたサイト等でもいいです。参考書等をいくつか読んだんですが、見付からなくて。よろしくお願いします。

回答No.1

yasegarasu

反応速度といいますが、具体的に“何処”での反応を考えていますか。もう少し具体的に整理してみられるのが良いかと思います。
気液の反応にて解析上、最も容易なのは、気相中のガスが飽和溶解度で溶液中に存在し、つまりは実質的に溶液中の反応となる場合でしょう。溶液中の溶質が一定の飽和蒸気圧を有し、これが気相中の別成分と反応する系も同様でしょう。何れも液相ないし気相の濃度変化を追跡すれば、よいわけです。厳密なる反応速度式を求めたいなら、まずは気液間の物質／熱移動が律速とならない系での試験が必要です。
ですが、充填塔による反応を検討中との事。気液間の熱／物質移動が支配因子になる可能性大です。実機に合わせたスケールでの実験をお勧めします。形状を合わせ、充填物の板表面でのガス流速を同じとし、重点物表面の薄膜の厚み、出来れば流速も合わせて実験されては如何でしょうか。製造プラントの建設にはこれが最善です。なお、拡散などの律速まで含めた反応速度式を得たいならば、上述した平衡系での速度をまず求め、次にモデルの充填塔で速度を求め、間を繋ぐものとして、物質移動などを加える手もありますが、かなり重たいかと。

お礼

どうも、ありがとうございます。
充填塔実験は、想定の実機に合わせた充填剤と流量条件で行っています。これまでの実験結果から問題ない結果が得られています。溶液中の溶質Aと気相中のBは反応が非常に早く、Bの溶媒中への溶解度は低いので気液界面で瞬間的に反応しているのではないかと考えております。Bの気相側の境膜での移動が律速となっていると考えています。なので-rB=kga・pB(kg:気相物質移動係数、pB:気相中のB分圧)と考え分圧とガス流量を変えてｋgを求め依存性を見る予定です。
ただ、条件として充填塔で全てAを反応させます。なのでAの低濃度領域(充填塔下部)では反応場が液境膜に移動すると思います。Bの溶媒への溶解度が小さいのでBの溶解律速になるような気がします。これを確認するためにはどのように条件を振ればいいのか現在考察中です。