反应工程课件第6章2.ppt

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1、需要解决的问题：遇到的难题：解题思路分析：解决方法：存在化学反应的气-液相间的吸收速率如何计算？液相中既存在化学反应，又存在物理扩散和溶解过程，情况复杂，吸收速率如何计算？在稳定的情况下，液膜内尽管有扩散-反应同时进行，但扩散和反应的A总量都必须通过界面扩散进来，因而可以用界面上的扩散速率来代表总的吸收速率；6.3.2一级不可逆反应(2）假一级不可逆反应当溶液中B的浓度很大，反应过程中B的变化量可以忽然不计时，看做常量，反应就变成一级不可拟反应。1)一级不可逆反应的类型(1）真一级不可逆反应硫酸尾气尾气排空亚硫酸铵SO2:0.2-0.5%2)扩散－反应微分方程及求解边界条件:

2、对一级不可拟反应：原型：(1）扩散－反应微分方程(2）方程的无因次化边界条件分析：(3）方程的解3)吸收速率4)一级不可逆反应的增强因子气－液相间吸收速率5)液相反应的利用率(1）η的定义气－液反应首先应用于净化气体，一般称之为化学吸收。70年代以后随着石油化工的迅速发展，气－液反应开始应用于制取产品。对于气液反应器，人们考虑液膜中的传质过程对化学反应的影响程度,和气－固相催化反应相似，提出了液相反应利用率η。（2）β的基准是相同条件下的物理吸收速率，β的大小反映了化学反应对传质过程的加强程度；（3）η的基准是按CAi计算的理论反应速，η的大小反映了传质过程对化学反应的限制程

3、度；（4）β和η是从不同的角度来研究气－液反应的两个物理量。6)一级不可逆反应的特例(1）在液膜内完成的快速反应当M>>1时，反应在液膜内完成B、反应在液膜内完成，液相反应浓度A、提高反应速率常数k1和界面浓度CAi能有效的提高吸收速率；NA与kL无关，加强液相湍动程度，不能提高吸收速率。讨论：对于中速反应，反应在液膜和液流主体中进行。当αL很大时，反应在液流主体中能反应完毕。αL很大意味着积液量大，具有充足的反应空间。（2）αL很大的中速反应对于中速反应，增大积液量，使αL较大，可使反应在液流主体中进行完毕，但η较小。（3）在液流主体中进行的缓慢反应当M<<1时，反应将在液

4、流主体中进行，此时液相反应速率>>液膜传质速率，反应在液流主体中进行完毕加强湍动程度，提高KL可以提高NAA、提高V和K1有利于提高NA液相反应速率<<液膜传质速率，反应不完全，CAi较大。而加强湍动程度则是无用的。B、2）一级不可逆反应过程，已知：kL=10-4m/s,DL=1.5×10-9m2/s,试讨论：（1）如果k1=0.1S-1。请问达到多大以上反应方能在液流主体中进行完毕，此时传质表面上的平均液体厚度是多少？（2）如果k1=10S-1，=30，求和。思考题1）试分析下列参数的物理意义（1）气液反应的准数M（2）化学吸收的增强因子（3）液相反应的利用率（4）解题思路

5、第（1）问=?解题思路第（2）问=？若液流主体中进行的缓慢反应思考题解：∵液膜中CB视作常量，∴所以按拟一级反应处理，反应速率常数k=k2CB＝0.5×5×103=2500s-1令为A,为B=14.14>3=∴属于快速反应：＝2.97×10-7kmol/m2.s6.3.3不可逆瞬间反应设反应为不可逆瞬间反应，反应过程如图所示。A达到界面后向液膜中扩散，Β从液膜边界向界面方向扩散，A和B在处相遇，立即反应，瞬间完成。1）反应特点（1）液膜内A和B不共存；（2）反应区域为平面；（3)化学吸收速率与本征动力学无关。（4)在反应面的化学反应符合化学计量系数。2）吸收速率（1）A的扩散

6、速率（2）B的扩散速率(3）A和B的扩散速率符合化学计量式3)增强因子讨论4)总吸收速率(1）气膜传质速率(2）界面(3）液膜内传质速率总吸收速率5)液相吸收速率的影响因素(2）活性组分的液相浓度CBL对NA的影响CBL越大，吸收速率越大(1）影响宏观速率的因素第一类：物性及反应特性传质特性：DAL,DBL,KG,KL溶解特性：H反应特性：化学计量系数第二类：操作条件CBL,PAG问题：是否CBL越高越好？有无极限？分析：增大CBL,提高了增强因子，增大了吸收速率。使反应面向界面移动，减少了被吸收组分的扩散距离。(3）极限条件若组分A通过气膜扩散跟不上液膜吸收时，单纯提高CB

7、L则无济于事，过程要受A通过气膜传质限制B、临界浓度（CBL）C:当反应面与界面重合，达到极限速率时的CBL浓度称为临界浓度。根据临界浓度分两种情况采用不同公式计算6）瞬时不可逆反应吸收过程的计算令为A,为B，为C（CBL）c=（νkG/kL）（DAL/DBL）PG＝1/2×(3.5/0.005)×0.006=2.1kmol/m3CBL=4kmol/m3>（CBL）c∴NA=kGPG=3.5×0.006=0.021kmol/(m2.h)解ν=1/2∴过程受气膜控制6.3.4二级不可逆反应（1）微分方程的