化学反应工程 第六章气-液反应及反应器

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1、第六章气－液反应及反应器概述在化学工业中，气－液反应广泛地应用于加氢、磺化、卤化、氧化等化学加工过程。气体的净化、废气及污水的处理常用气－液反应。工业应用气－液反应实例见表6－1。气－液反应是气相中的反应组分A越过相界面进入液相，和液相中的组分B进行的反应，反应过程如下。A（液相）＋B（液相）产物A（气相）1、反应特点⑴反映物⑵反应区在液相内，包括相界面。⑶多相反应，反应过程由传递过程和化学反应组成。⑷反应平衡。包括相平衡和化学反应平衡：A（液相）＋bB（l）产物A（气相）2、反应目的⑴净化原料气例如：H2S+NH3·H2ONH4HS+H2OC

2、O2+K2CO32KHCO3⑵制取产品3、主要内容讨论气－液反应相平衡、气－液相间物质传递和气－液反应动力学特征。第一节气－液反应平衡6－1气－液相平衡气－液反应的相平衡关系如下，包括气－液相平衡和化学反应平衡，先讨论相平衡。设气相中组分i溶解于液相中，当气－液相平衡时，组分i在气相和液相中的逸度相等，即式中：－分逸度；－的摩尔分率；－的逸度系数；，对于稀溶液，可用亨利定律表示：式中：－亨利系数，－在液相中的摩尔分率。气－液平衡关系为：（6－3）其中对混合气体中各组分间非理想性的数值，是对组分非理想性的数值。1、亨利定律的其他形式⑴气相为理想溶

3、液（各组分间是非理想的，而各组分是理想的），气－液相平衡关系为：⑵气相为理想气体混合物（低压）（6－4）或者（6－5）式中：－容积摩尔浓度；－溶解度系数2、和的关系由式（6－4）和（6－5），得到式中=，－溶液密度，－溶液平均分子量，对于稀溶液，近似为溶剂分子量，故和的近似关系为：（6－6）3、、和温度的关系（6－8）1、、和压力的关系1935年苏联学者克里契夫斯基提出如下关系式：（6－9）式中：－在溶液中的偏摩尔溶积，可查文献得到。6－2溶液中气体溶解度关系的估算亨利定律适用于纯溶剂，但在工业生产过程中，液相中含有其他电解质和非电解质，亨利定

4、律并不适用。人们采用多种方式来表示气－液相平衡关系，目前采用范克雷文论和霍夫蔕泽尔的工作（1948），保留亨利定律的简单形式，但把溶液中电解质和非电解质对气－液平衡的影响归到和中，和称为经过修正的亨利系数和溶解度系数。1、电解质溶液的和〔l11I1+l12I2+…〕基本项修正项㏒H=㏒Ho－〔l11I1+l12I2+…〕（6－10）基本项修正项2、非电解质溶液的和㏒E=㏒Eo+hsCs㏒H=㏒Ho－hsCs（6－11）式（6－10）和式（6－11）中的系数可查表6－2和6－5而得。6－3带化学反应的气－液平衡设气体A溶解于液相中，和液相中的B起

5、化学反应，生成产物M和N，当反应达到平衡时，A服从相平衡和化学平衡关系A（气）A（液）＋B（液）M＋N。讨论相平衡和化学平衡的关联式。1、被吸收组分和溶剂相互作用K′A（液）＋B（溶剂）M（液）A（气）HA设A在溶液中的总浓度，＝CA+CMK，==CA=相平衡：CA=HAPP=（6－15）气－液平衡关系表观上服从亨利定律，但溶解度系数增大了（1＋K1CB）倍。2、被吸收组分在溶液中离解组分A从气相溶解进入液相后离解，平衡关系为：K′A（液）M+＋N－A（气）HA电离平衡：相平衡：（6－17）物理量离解量3、收组分与溶液中活性组分的作用设的初始浓

6、度，平衡转化率，则有，化学平衡：相平衡：CA=HAP（6－18）令，代入上式，则有化学吸附物理吸附（6－19）图6－2化学吸收的平衡关系讨论：1、物理吸附时，～为直线；2、化学吸附时，～为曲线，渐进于。a)气－液反应历程气－液反应的通式为：A（液相）＋B（液相）→产物（液相）↑A（气相）气－液反应包括传质过程和化学反应过程。气－液反应较早主要用于化学吸收，故气－液反应一般称之为化学吸收，其反应速率称之为化学吸收速率。讨论气－液反应中的传质过程。6－4气－液相间物质传递一、双膜论双膜论是W.G..Whitman于1923年提出的。1、模型要点⑴呈

7、滞流的双膜假定在相界面的两侧存在着气膜和液膜。流体在双膜中呈滞流。和为定值。⑵气－液的相间阻力假定气－液相主体浓度不变。气－液间阻力简化集中在气膜和液膜内，，。⑶界面平衡气－液两相在界面上达到平衡。⑷传质速率气相一侧：传质速率＝稳定的分子扩散速率液相一侧：传质速率＝稳定的分子扩散速率把滞流膜作为静止膜，忽略流动过程对传质的贡献。2、计算公式气－液相间传质速率为（6－20）界面上消去界面浓度和，为：（6－21）（6－22）（6－23）3、优缺点⑴数学处理简单⑵膜厚不可能为定值针对双膜论的缺点，先后提出了溶质渗透论（1935）、表面更新论（1954

8、）和湍流传质论（1955）。二、常见传质模型的主要特征目前普遍认为气相一侧的传质过程可用双膜论描述，界面上达到平衡。不同的传质模型对液相一侧的传质过程