气液相反应及反应器.ppt

《气液相反应及反应器.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、8气液相反应及反应器气液反应是化工、炼油等过程工业经常遇到的多相反应，根据使用目的的不同可以分为两大类。一类是通过气液反应以制备所需的产品，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。另一类是通过气液反应净化气体，例如用铜氨水溶液除去气体中的一氧化碳，用碱溶液脱除煤气中的硫化氢等。由于这类气体吸收过程中有化学反应产生，为与气体的物理吸收过程相区别，常称之为化学吸收。气液反应模型气液反应的进行系以两相界面的传质为前提。因此也可称为伴有化学反应的吸收过程。由于气相和液相均为流动相，两

2、相间的界面不是固定不变的，它由反应器的型式及反应器中的流体力学条件所决定。气液反应过程模型有多种，如双膜模型，表面更新模型与溶质渗透模型等，但用之以处理具体问题时，结果都相差不多。所以这里仍然沿用经典的双膜模型，尽管它还存在着某些缺陷和不足，但仍然被广泛采用。双膜模型气液两侧的传质阻力分别集中于相界面两侧的气膜与液膜之内；相界面处气液处于平衡状态cAi＝HPAi定态时，气相的传质速率与液相传质速率相等。气液反应历程设所进行的气液反应为:A(g)+BB(1)→vRR(1)根据双膜模型其气液反应历程如图所示为:(1)气相反应组分A由气相主体通

3、过气膜传递到气液相界面，其分压从气相主体处的PAG降至相界面处的PAi；气液反应历程(2)组分A由相界面传递到液膜内，并在此与由液相主体传递到液膜的组分B进行化学反应，此时反应与扩散同时进行;(3)未反应的A继续向液相主体扩散。并与B在液相主体中反应;(4)生成的反应产物R向其浓度梯度下降的方向扩散。由于B组分不挥发，所以反应仅在液相中进行。气液反应宏观速率气固催化反应时，反应速率以单位体积催化剂定义，因此定态时对于一级不可逆反应有：NA=kGam(cAG－cAS)＝rA＝kcAs由此可将cAs消除，得到宏观速率方程：气液反应时，吸收速率

4、以单位相界面定义，并且液相中化学吸收速率以物理吸收乘以化学吸收增大因子表示。因此对于定态过程，气膜传质速率应等于液相中A的转化速率。气液反应宏观速率由此消除界面分压与浓度，便可获得气液吸收宏观速率方程：气液反应的扩散反应方程仿照前边处理气固相催化反应的方法，可建立气液反应的扩散反应方程。即液膜内反应面离相界面Z处，取厚度为dZ的微元体积，该微元体积与传质方向垂直的截面积为1，对该微元体积作组分A的物料衡算，当过程达到定态时有:气液反应的扩散反应方程气液反应的扩散反应方程边界条件为式中δL为液膜厚度，α为单位液相体积所具有的相界面积，αδL

5、因之为液膜体积，1一αδL则为液相主体体积。A从液膜向液相主体的扩散量等于在液相主体中A的反应量。气液反应的转化速率因为定态下A从相界面向液膜扩散的速率应等于在液相内A的转化速率。只要相界面处组分A的浓度梯度已知，便可由下式求其转化速率:需要注意这里的转化速率系基于相界面积计算，即其单位为kmol/(m2·s)。对于一般反应，液膜中的浓度分布微分方程难以解析求解，除非作出某些简化的假定。拟一级反应拟一级反应：溶解于液相的气体组分A与液相组分B在液相中进行不可逆反应时，一般可用二级反应速率方程表示:rA=k2cAcB，但若液相组分B大量过剩，

6、以致在液膜内的浓度可视为常数，则k2cB为定值，并令其等于k,这时反应速率对A可按一级反应处理。即rA=kCA则有：拟一级反应的解析将微分方程无因次化，即令：则液膜中的浓度微分方程变为：整理得到：即拟一级反应解析的边界条件拟一级反应的在液膜中的无因次浓度分布方程的边界条件为：式中为液相体积与液模体积之比。拟一级反应的解析解该二阶常系数线性齐次微分方程的通解为：