第八章 气液反应过程及反应器分析ppt课件.ppt

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1、上海工程技术大学化学化工学院化学工程与工艺系第八章气液反应过程及反应器化学反应工程ChemicalReactionEngineering2021/7/288.1概述8.2气液反应历程8.3气液反应器概述8.1概述气液相反应和反应器广泛应用于石油、化工、轻工、医药和环境保护等生产过程在化工生产过程中，进行气-液相反应的目的主要有两个：1）得到某种产品2）净化气体以及废气和污水的处理气液相反应过程是伴有化学反应的传递过程，又称为化学吸收操作过程该过程涉及传质过程、反应过程和气液两相处理问题的方法不同于以往类型的反应，首先需要解决的问题是气-

2、液相平衡气液反应与气固相催化反应的异同相似点：（1）反应物历程：外扩散，内扩散－反应。（2）气相的扩散反应过程（3）气体在多孔介质内的扩散（气固相催化反应）（4）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（气固相催化反应）Vs相间传质过程（气液反应）（2）对流传质VS孔扩散传质A:C=5mol/lC=3mol/lB:C=5mol/lC=3mol/l??GasGasporousSolidLiquid传质方向8.2气液反应历程传质模型:双膜论Higbie渗透论Danckwerts表面更新理论双膜论：气液相界面两侧各存

3、在一个静止膜：气膜，液膜传质速率取决于通过液膜和气膜的分子扩散速率假设：扩散组分在气－液界面处达到气液相平衡。双膜论：由LewisWhitman提出。假定在气液相界面的两侧，各存在一个静止的膜，气侧为气膜，液侧为液膜，气液相间的传质速率取决于通过气膜和液膜的分子扩散速率，也就是说，传质阻力都集中在膜上。优点：简单。尤其是伴有化学反应时，它的处理最为简单，对较为复杂的反应系统，双膜论常能得到较为简单的结果，在气液反应中仍广泛使用。缺点：基本能够反映通过相间滞流层进行分子扩散传递这一事实，但在任何工业吸收设备中，绝对静止的膜是不存在的，因此

4、双膜论可能不够真实。渗透论：由希格比（Higbie）提出。该传质理论的主要观点是：处于界面的液体，由于流体的扰动常被液流主体的质点所置换，当液体在界面逗留期间，溶解气体将借不稳定的分子扩散面渗透到液相，并假设处于界面的各液体单元都具有相同的逗留时间。表面更新论：由Danckwerts首先提出。该理论主要针对渗透论中关于界面的各个单元的逗留时间都相同提出的，认为存在一个界面的寿命分布函数，界面各单元的逗留时间按表面更新率S的分布函数来分布。常见传质模型的比较本教材中处理化学吸收问题均采用双膜理论。A（气相）＋B（液相）→产物反应步骤：（1

5、）反应物气相组分A由气相主题扩散到气液相界面，在界面上假定达到气液平衡；（2）由气相界面进入液相；（3）反应物由相界面扩散到液相；（4）反应物在液相内反应；（5）产物又高浓度向低浓度扩散〔若为气相产物，则向界面扩散，再回到气相。GLpGpiCLCi扩散系数与扩散尺度的比值传质系数　＝　阻力的倒数双膜论气膜传质速率：液膜传质速率：设c*为与气相分压pG相平衡的液相浓度p*为与液相浓度cL相平衡的气相分压同时在界面处：ci=Hpi(1)+(4):(2)+(3)得：综合以上步骤：化学反应在相间传递中的作用1.化学反应可忽略的过程VACAVR

6、化学反应足够缓慢，被溶解的气体在液相中的反应量与物理吸收量相比可以忽略，即：液相反应量<<物理溶解量设液相中进行的是一级不可逆反应，当吸收塔入口液相中不含被吸收组分时，设其中积液量为，液体流量为。当只考虑反应时，液相中单位时间的反应量应等于积液是与反应速率的乘积，而只考虑物理溶解时，单位时间的物理溶解量应等于液体的体积流量与浓度的乘积，因此，有：上式说明：当一级反应速率常数与逗留时间的乘积远小于是时，则可认为吸收过程可忽略化学反应，按纯物理吸收处理。2.液相主体中进行缓慢化学反应过程（慢反应）有时，化学反应虽然缓慢，但由于某些原因（如液

7、体逗留时间较长或反应条件较好），使得液相中的反应量较大，此时，液膜一般比液流主体的厚度小得多，借液膜远不能使缓慢的化学反应得以完成，而需扩散至液流主体进行反应。发生这种情况的条件是：液膜中的反应量<<通过液膜扩散所传递的量设化学吸收过程为一级不可逆反应，为液膜厚度，则液膜中被吸收组分的浓度可看作界面浓度，且由于反应量较大，液相主体的浓度认为趋于零，因此：M准数：它代表了液膜中化学反应速率与传递速率的相对大小，是判断反应在膜中进行还是在液相主体中进行的依据。八田(Hatta)准数八田准数是与气固催化反应thiele模数相对应的准数，两者（

8、平方）的物理意义：反应速率与扩散速率的比值准数数值大小的含义：M数值越大：反应越快于传质，传质速率越“跟不上”、“滞后于”反应速率，则，浓度分布越显著。GLpGpiCLCi（或φ）准数数值大小的含义：M或φ