气液反应过程及反应器

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1、第八章气液相反应过程及反应器8.1概述8.2气液传质理论8.3气液反应宏观动力学方程8.4气液相反应器8.1概述气液相反应和反应器广泛应用于石油、化工、轻工、医药和环境保护等生产过程在化工生产过程中，进行气-液相反应的目的主要有两个：1）得到某种产品2）净化气体以及废气和污水的处理气液相反应过程是伴有化学反应的传递过程，又称为化学吸收操作过程该过程涉及传质过程、反应过程和气液两相处理问题的方法不同于以往类型的反应，首先需要解决的问题是气-液相平衡气-液相反应是一类重要的非均相反应。主要分为二种类型：（1）化学吸收

2、：原料气净化、产品提纯、废气处理等。（2）制取化工产品a.b.c.（淤浆床）气液反应与气固相催化反应的异同相似点：（1）反应物历程：外扩散，内扩散－反应。（2）气相的扩散反应过程（3）气体在多孔介质内的扩散（气固相催化反应）（4）溶解的气体在液体内的扩散（气－液相反应）差别点：（1）单相传质过程（气固相催化反应）Vs相间传质过程（气液反应）（2）对流传质VS孔扩散传质A:C=5mol/lC=3mol/lB:C=5mol/lC=3mol/l??GasGasporousSolidLiquid传质方向8.2气液传质理论

3、传质模型:1、双膜模型2、Higbie渗透模型3、Danckwerts表面更新模型。。1、双膜模型1924年由Lewis和Whitman提出。基本论点：（1）气液界面的两侧分别有一呈层流流动的气膜和液膜，膜的厚度随流动状态而变化。（2）组分在气膜和液膜内以分子扩散形式传质，服从菲克定律。（3）通过气膜传递到相界面的溶质组分瞬间溶于液相且达到平衡，符合亨利定律，相界面上不存在传质阻力。（4）气相和液相主体内混合均匀，不存在传质阻力。全部传质阻力都集中在二层膜内，各膜内的阻力可以串联相加。双膜模型解释反应过程示意图δ

4、GδLMainbodyofgas气膜液膜PGpiCLCi扩散系数与扩散尺度的比值传质系数　＝　阻力的倒数双膜理论气膜传质速率：液膜传质速率：设c*为与气相分压pG相平衡的液相浓度p*为与液相浓度cL相平衡的气相分压同时在界面处：ci=Hpi(1)+(4):(2)+(3)得：综合以上步骤：2、渗透模型由希格比（Higbie）提出。该传质理论的主要观点是：处于界面的液体，由于流体的扰动常被液流主体的质点所置换，当液体在界面逗留期间，溶解气体将借不稳定的分子扩散面渗透到液相，并假设处于界面的各液体单元都具有相同的逗留

5、时间。3、表面更新模型由Danckwerts首先提出。该理论主要针对渗透论中关于界面的各个单元的逗留时间都相同提出的，认为存在一个界面的寿命分布函数，界面各单元的逗留时间按表面更新率S的分布函数来分布。常见传质模型的比较本教材中处理化学吸收问题均采用双膜理论。气液相反应是传质与反应过程的综合，其宏观反应速率取决于其中速率最慢的一步，即控制步骤。如反应速率远大于传质速率，则称为传质控制（气膜或液膜扩散控制），宏观反应速率在形式上就是相应的传质速率方程。如传质速率远大于反应速率，称为反应控制，宏观反应速率就等于本征反

6、应速率。如果传质速率与反应速率相当，则宏观反应速率要同时考虑传质和反应的影响。了解气液反应的控制步骤，是对过程进行分析和设备选型的重要依据。8.3气液反应宏观动力学方程一、气液相反应的类型A（气相）＋B（液相）→产物反应步骤：（1）反应物气相组分A由气相主题扩散到气液相界面，在界面上假定达到气液平衡；（2）由气相界面进入液相；（3）反应物由相界面扩散到液相；（4）反应物在液相内反应；（5）产物从高浓度向低浓度扩散〔若为气相产物，则向界面扩散，再回到气相。气液相反应的类型根据反应速率相对快慢，分为以下5种类型。（1

7、）瞬间反应：本征反应速率远大于传质速率的反应瞬间反应属扩散控制，反应阻力来自于气相及液相传质阻力。（2）快速反应：本征反应速率大于传质速率快速反应的反应区在液膜内，反应阻力来自于传质阻力及动力学阻力，但传质阻力占主要。（3）中速反应：本征反应速率与传质速率相当，反应从液膜内某一位置开始，蔓延到液相主体。中速反应的阻力主要来自传质及动力学阻力。（4）慢速反应：本征反应速率小于传质速率，反应主要在液相主体内进行。慢反应的阻力主要来自动力学阻力。（5）极慢反应：本征反应速率远小于传质速率的反应极慢反应完全在液相主体内进

8、行，反应的阻力完全来自动力学阻力。属动力学控制。气液反应的宏观速率：二、气液相反应宏观反应速率方程对于气液反应由于气液相反应依靠界面传质，因而受单位体积液相具有的界面积影响。定义：α---单位气液混合物容积中的相界面积。m2/m3----气液两相的液含量。δGδLpApAicBLcALcAi(1)区：反应物A首先从气相主体在气膜中扩散到界面，这个过程为纯物理过程扩散量为: