化学反应工程_第六章_气液反应工程

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1、第六章　气－液反应及反应器目录第一节　气－液反应平衡第二节　气－液反应历程第三节　气－液反应动力学特征第四节　气－液反应器概述第五节鼓泡反应器第六节填料反应器第六章　气－液反应及反应器气液相反应器的定义：包括气相和液相，且气相中的组分必须进入到液相中才能进行的反应。进行气液相反应的装置：气–液相反应器。基本特征：（1）至少有一反应物在气相；（2）反应物都是气相，但须进入液相催化才能进行反应；（3）气液相反应属于非均相反应，气相反应物必须经过相界面进入液相，于是不仅包括反应过程，还包括传质过程。有机物氧化有机物氯化有机物加氢其他有机反应酸性气体的吸收合成产物气液相反应器的操作条件不是很苛刻，

2、液相的蒸发和流动可把热量带出，易于实现传热和传质，另外由于高效催化剂的开发，使气液相反应器应用较广泛。第六章　气－液反应及反应器相似点：反应物历程：外扩散—内扩散—反应。气相的扩散反应过程气体在多孔介质内的扩散（气固相催化反应）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VS相间传质过程（气固相催化反应）（气液反应）（2）对流传质VS孔扩散传质气液反应与气固相催化反应的异同A:C=5mol/LC=3mol/LB:C=5mol/LC=3mol/L传质方向GasGasPorousSolidLiquid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。

3、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，即第一节气－液反应平衡式中：－i的摩尔分率－i的逸度系数(6-1)(6-2)一、气－液相平衡对于稀溶液，可用亨利定律表示：式中：－亨利系数－i在液相中的摩尔分率1.气－液平衡的一般关系为：(6-3)一、气－液相平衡1)气相为理想气体，气－液相平衡关系为：－溶剂摩尔浓度－溶解度系数式中：低压下：2.Hi和Ei的关系对于稀溶液，M近似等于溶剂的分子量M0，可得Hi和Ei的近似关系：式中，ρ－溶液密度，M－溶液平均分子量3.Ηi、Ei和温度的关系－i在溶液中的偏摩尔容积，可查文献得到。4.Ηi、Ei和压力的关系亨利定律只

4、适用于稀溶液和纯溶剂，但在工业生产过程中，液相中含有电解质和非电解质，亨利定律并不适用。二、溶液中气体溶解度的估算电解质溶液的式中E0、E为气体在水中和在电解质溶液中的亨利系数；H0、H为气体在水中和在电解质溶液中的溶解度系数；I1、I2为溶液中各电解质的离子强度，其中ci为离子浓度，Zi为离子价数；h1、h2为溶液中各电解质所引起的溶解度降低系数，其数值为，其中h+、h-、hG分别为该电解质正、负离子及被溶解的气体引起的数值。式中hs为非电解质溶液盐效应系数，；Cs为非电解质的浓度，。盐效应系数随分子量增大而增加，可查表而得。2.非电解质溶液的二、溶液中气体溶解度的估算三、带化学反应的气—

5、液相平衡气体A与液相组分B发生化学反应，则A组分既遵从相平衡关系又遵从化学平衡关系。设溶解气体A与液相中B发生反应，则可表示为由化学平衡常数可写出由相平衡关系式可得当气相是理想气体混合物时，上式为三、带化学反应的气—液相平衡为了较深入地阐明带化学反应的气液平衡关系，下面分几种类型来分析。1.被吸收组分与溶剂相互作用三、带化学反应的气—液相平衡设被吸收组分A在溶液中总浓度为，即可得。联合理想气体亨利定律,整理得当A为稀溶液时，溶剂B是大量的，与表观上仍遵从亨利定律，但溶解度系数较无溶剂化作用时增大(1+)倍。如水吸收氨即属此例。1.被吸收组分与溶剂相互作用2.被吸收组分在溶液中离解由反应平衡，

6、，当溶液中无其他离子存在时，，则A的总浓度，由，则得该式表示A组分的溶解度为物理溶解量与离解量之和。如水吸收二氧化硫即属此类型。2.被吸收组分在溶液中离解3.被吸收组分与溶剂中活性组分作用设溶剂中活性组分起始浓度为，若组分B的转化率为，此时，，由化学平衡关系将气液平衡关系引入，则液相总的A组分浓度式中为平衡常数Kc与溶解度系数HA的乘积，表征带化学反应的气-液平衡特征。如果物理溶解量相对于化学转化量可以忽略时，则该式为化学吸收典型的气液平衡关系。3.被吸收组分与溶剂中活性组分作用与物理吸收的关系比较如下：物理吸收时，气体的溶解度随分压呈直线关系；而化学吸收则呈渐近线关系，在分压很高时，气体的

7、溶解度趋近于化学计量的极限；物理吸收宜应用于高分压的情况下，而化学吸收宜应用于低分压的情况下。与物理吸收的关系比较如下：对各种气体的溶解度的高低，物理吸收主要体现在H的数值上，而化学吸收则不同，取决于(的乘积)的数值，即除了HA值外，化学平衡常数Kc更具有特殊的选择性。物理吸收溶解热较小，仅数千焦耳每摩尔之内，而化学吸收溶解热高达数万焦耳每摩尔，因此，温度改变对化学吸收平衡的影响较物理吸收时更为强烈。一、气－