第8章 多流体相的反应过程1.ppt

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1、第八章多流体相的反应过程10/5/20218.1理论简述所谓气液相反应，是气相中的组分必须进人到液相中才能进行的反应。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：例如原料气净化、产品提纯、废气处理等。2、制取化工产品:例如水吸收二氧化氮以生产硝酸，乙烯在氯化钯水溶液中氧化制乙醛，前者为非催化反应，后者则是液相络合催化反应。10/5/20211、化学吸收液相吸收剂中的活性组分与被吸收气体中某组分发生化学反应而生成产物的化学吸收，可用于脱除气体中的有害组分，或回收气相中的有用组分。当工艺要求气相中某活性组分

2、浓度很低而用物理吸收方法难以达到时，常采用化学吸收法。与物理吸收相比，化学吸收推动力大，可更快速彻底地吸收气相中的某些组分。化学吸收的基本要求：无毒无害无腐蚀、成本低易回收。10/5/20212、制备化学品气相和液相反应物间发生催化反应或非催化反应而生成产物。10/5/2021气液相反应器的型式塔式反应器板式塔填料塔釜式反应器如鼓泡搅拌釜鼓泡塔、喷雾塔10/5/2021填料塔板式塔10/5/2021规整填料塑料丝网波纹填料散装填料塑料鲍尔环填料10/5/2021DC环共轭环聚丙烯花环聚丙烯阶梯环.聚丙烯鲍尔环海尔环聚丙烯共轭环

3、阶梯环共轭环改型鲍尔环各种散装填料10/5/2021乙醇胺水溶液吸收CO2液体分布器吸收液尾气10/5/2021双膜理论：由Lewis和Whitman在上世纪二十年代提出，是较早出现的传质理论。双膜理论的基本论点：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，服从费克定律。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

4、以串联相加。10/5/2021假设：溶剂不挥发，气体中溶质以外的组分不溶解。反应完全发生在液膜和液相主体中。双膜理论是把复杂的相际传质过程模拟成串联的两层稳定薄膜中的分子扩散。相际传质的总阻力，被简化为双膜阻力的叠加。10/5/2021pAG,pA,pAI分别为组分A在气相主体,气膜和相界面的分压；cAL,cA,cAI分别为组分A在液相主体，液膜和相界面的浓度；Z为扩散途径的坐标，δG，δL分别为气膜和液膜的厚度。双膜模型组分A相际传质示意图10/5/2021根据双膜理论的物理模型，边界条件：而液膜传质速率：10/5/2021

5、而气膜中的传质速率：根据亨利定律：相界面处达到平衡10/5/2021相关链接：亨利定律即当总压不太高，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似为直线。即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成正比。溶质A在气相中的平衡分压；液相中溶质的摩尔分数；比例系数，称为亨利系数。或写作10/5/202110/5/2021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

6、应控制，宏观反应速率就等于本征反应速率。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。8.2伴有不可逆与可逆反应的传质10/5/2021气液相反应的类型根据反应速率相对快慢，分为以下八种类型。（1）瞬间快速反应（2）界面反应（3）二级快速反应（4）拟一级快速反应（5）二级中速反应（6）拟一级中速反应（7）二级慢速反应（8）极慢反应10/5/2021（1）瞬间快速反应（2）界面反应反应面就在气液相分界面上，总反应速率取决于气膜内A的扩散速率。相

7、当于(a)反应面扩展为反应区，A、B并存。尚属快反应，反应区仍在液膜内，并不进入液相主体。10/5/2021（3）二级快速反应（4）拟一级快速反应（c）二级快反应，反应区在液膜内相当于(a)反应面扩展为反应区，A、B并存。尚属快反应，反应区仍在液膜内，并不进入液相主体。快速反应，cB高，可视为拟一级反应，液膜内cB变化可以忽略。10/5/2021（5）二级中速反应（6）拟一级中速反应中等速率反应，故在液膜和液相主体中都发生反应。10/5/2021（7）二级慢速反应（8）极慢反应和传质滚率相比反应缓慢，反应主要发生在液相主体。但

8、A传递入主体时液膜阻力仍然有影响。反应极其缓慢，传质阻力可忽略，在液相中组分A和B是均匀的反应速率完全取决于化学反应动力学10/5/20218.2.1基础方程可由双膜理论和Fick定律导出。设反应为定常态条件下，在单位面积的液膜中取一厚度为dz的微元层，对组分A作物料衡算：图