气液相反应和反应.ppt

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1、气液相反应和反应器分析化环学院晋梅概述气液反应过程气相反应物溶解于液相后，再与液相中的反应物进行反应的一种非均相反应过程主要用于直接制取产品，如环己烷制取乙二酸，乙醛氧化制乙酸，气态二氧化碳和氨水反应制取碳酸氢铵化学吸收，脱除气相中某一种或几种组分，如热钾碱或乙醇胺溶液脱除合成气中的二氧化碳，用铜氨溶液脱除合成气中一氧化碳等1.气液相反应动力学理论基础是由日本学者八田四郎次在双膜理论的基础上完成的用于气液相理论的研究还有表面更新理论和溶质渗透理论三种模型在实际过程中的应用结果相差不大用双膜理论来描述更为合适气相反应物A与不挥发的液相反应物B进行反应反应过程分压为pA的反

2、应物A从气相主体传递到气液界面在界面上A的气相分压为pAi，液相浓度为cAi，两者处于相平衡状态反应物A从气液界面传入液相，在液相内浓度为cA的A与浓度为cB的B进行反应气液相反应过程存在反应相外部的质量传递和反应相内部的传质和反应同时发生的过程1.1气液反应过程的基本方程气液相反应中的传递过程方向气相组分A由气液界面向液相主体传递液相组分B由液相主体向气液界面传递气液组分的浓度分布采用双膜理论进行分析时，组分A和B的浓度梯度仅存在于液膜内，在液相主体中的浓度梯度为0如虚线所示反应的物料衡算在液相内离相界面为z处取一厚度为dz的微元体达到定常态时---A组分物料衡算扩散

3、进入该微元体的组分A的量-由该微元扩散出去的组分A=微元体中反应掉的组分A的量组分A和B反应级数为一级，DA为常数B组分的物料衡算求解边值条件表明穿过液膜进入液相主体的组分A将在主体中和组分B进行反应---穿过液膜的扩散量等于主体中的反应量八田数单位反应器体积中液相总体积和液膜体积之比八田数无化学反应时的传质系数物理意义类似于气固相反应中的Thiele模数八田数可作为气液相反应中反应快慢程度的判据Ha>3，属于反应在液膜内进行飞速反应或快速反应Ha<0.02，属于反应在液相主体中进行慢反应0.02

4、不可逆反应若液相组分B大量过剩，液相中组分B的浓度视为常数反应速率方程按照一级反应处理方程方程的通解组分A在液膜内的浓度分布组分A在液膜内的浓度分布浓度分布为Ha和的函数同时还可计算出伴有化学反应时通过液膜的传质通量K1为伴有化学反应时的液相传质系数增强因子E有化学反应时的液相传质系数与无化学反应时的液相传质系数之比增强因子E化学反应对过程有加速作用加速作用实质表现在由于反应存在改变了液膜内反应物的浓度梯度E为有反应时和无反应时的浓度梯度之比液膜传质阻力忽略时，通过界面的传质通量表达等于液相主体均相反应速率计算液相有效利用率---JA与RA的比值液相有效利用率定义：气

5、液反应过程中液相利用程度的度量物理意义：与气固相催化反应中的内部效率因子相当当JA=RA时，液相有效利用率为1，整个反应在液相中进行，表明反应是相对于传质十分缓慢的反应在严重的扩散限制下，JA<

6、Ha两个参数均为Ha和液相总体积与液膜体积之比的函数根据Ha和的定义Ha很小，大，则存在过程由物理传质速率决定，化学反应仅在液相主体的某一区域内进行增强因子E和液相利用率根据Ha和的定义Ha很小，小，则存在整个反应过程将在液相中进行，过程速率由均相反应速率决定1.3不可逆飞速反应当反应速率非常大时，不仅反应物A在液膜内被完全耗尽，反应物B的浓度在液膜内也将逐渐下降简化处理当反应飞速反应，反应仅仅发生在液膜内的某一个平面上时，可以获得简化处理非线性方程飞速反应反应过程液膜内存在一反应面，当自气液界面向液相主体扩散的组分A和自液相主体向气液界面扩散的组分B在反应面上

7、相遇时，相互反应而耗尽，也就意味着反应面上组分A和B的浓度均为0定常态下，组分A从气相主体扩散到气液界面的量和从气液界面扩散到反应面的量应相等，且和组分B从液相主体扩散到反应面的量符合化学计量关系定态条件下的扩散通量之间的关系同时考虑气膜阻力和液膜阻力时，飞速反应的速率计算式仅考虑液膜阻力时飞速反应的增强因子飞速反应的增强因子与反应速率常数无关飞速反应的增强因子与八田数也无关只有提高液相中B的浓度，才能提高飞速反应的增强因子原因：浓度的提高，使得反应面向气液界面推移，组分A在液膜中的扩散距离缩短极限情况：反应面与气液界面相重合反应面与气液