【化学课件】第7章 气液两相反应器.ppt

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1、第7章气液两相反应器7.1概述气液相反应也是一类重要的非均相反应，涉及到相间传质过程。类似的：气—液相反应液—液非均相反应气—液—固三相反应。常见的气液相反应可分为两大类1．化学吸收2．制取化学产品1．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，称为化学吸收，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浓度很低而用物理吸收方法难以达到时，常采用化学吸收的方法。与物理吸收相比较，化学吸收推动力大，可以更快速彻底地吸收掉气相中的某些组分。化学吸收剂的基本要求：无毒、不腐蚀、成本低、便于回收。例如：空气深泠分离过程中用化学

2、吸收脱除CO2以防止干冰堵塞管道；催化反应前用化学吸收除去反应原料气中微量的H2S以免催化剂中毒。2．制取化学产品气相和液相反应物之间发生催化反应或非催化反应而生成产物，广泛应用于石油化工和有机化工中。1）气—液相非催化反应：CH2OCH2(g)+NH4OH(l)→CH2OHCH2NH2（乙醇胺）+H2O2）气—液催化反应（其中PdCL2-CuCL2为溶液）：3）气—液相反应物借助固体催化剂反应，如催化剂悬浮在液体中的小颗粒，则称为浆态床反应器。7.1.1气液相反应设备塔式反应设备填料吸收塔：塔内装置一定高度的填料层，液体从塔顶沿填料表面呈薄膜状向下流动，气体则呈连续相由下向上同液膜逆

3、流接触，发生传质过程。气体和液体的组成沿塔高连续变化。填料塔中根据充填填料的结构特点，又可分为拉西环、鲍尔环、矩鞍形填料、波纹填料等实体填料塔和高效丝网填料塔等。具有较大的相界面积和较小的贮液量；板式吸收塔：塔体与塔板结构与一般精馏塔相同，具有较大的相界面积和较大的贮液量；鼓泡塔：通常是一个空的筒体，内装液相反应物，以鼓泡形式通过液层并与液相组分发生反应。鼓泡塔中气液相界面积决定于气泡表面，故单位体积反应器所具有的相界面积较小，但其贮液量比前两种塔式反应器大。化学吸收填料塔通常是两塔串联操作：左边吸收塔，右边为解吸塔，吸收塔中气相反应物被吸收剂吸收进入吸收液，吸收液在解吸塔中因压力降低

4、温度升高而发生解吸，被吸收的气相组分得到浓缩提纯，而液体吸收剂则返回吸收塔循环使用。釜式气液相反应器：鼓泡搅拌釜。气体由搅拌釜的下部分布器流入，呈气泡向上运动，分布器上方有快速转动的搅拌桨，将气泡打碎成无数小气泡，从而大大增加了单位体积中的气泡总表面积，强化了气液两相间的传质，同时具有较大的贮液量，这种鼓泡搅拌釜用于烃类的氯化，并广泛应用于生化发酵罐中，其体积有大至100~200m3的。7.1.2气液传质的双膜模型双膜模型涡流扩散模型表面更新模型后两种模型发展较晚，比较接近实际情况，但其模型参数不易确定。而双膜模型实际应用较多，其优点是简明易懂，便于进行数学处理。①双膜模型假定：气液相

5、界面两侧存在着气膜与液膜（为很薄的静止层或滞留层）气相组分向液相扩散时，先到达气液相界面，并在相界面上达到气液平衡，即符合亨利定律气相主体和液相主体中达到全混状态，传质阻力全部集中在膜内。在无反应的情况下，组分A由气相主体扩散而进入液相主体需经历以下途径：气相主体→气膜→界面气液平衡→液膜→液相主体。②无反应时的扩散方程作单位气液相界面积上物料衡算由Fick扩散定律扩散入：扩散出：积累量：0反应量：0(无反应)物料平衡式：扩散入=扩散出边界条件：界面处z=0,CA=CAi液膜表面处z=δL,CA=CAL。上式积分两次，代入边界条件，可得到液膜内A组分的浓度分布方程为对上式微分得：当扩散

6、达定常态时方程右侧各项均为常数，可知此时液膜内浓度梯度处处相等。③各传质系数及其相互关系kG气膜中的传质系数kL液膜中的传质系数KG气相总传质系数KL液相总传质系数根据双膜模型的假定，全部液相传质阻力都集中在液膜内，单位时间内通过单位传质表面的A组分的量可表示为kLA为A组分在液膜中的传质系数，而根据Fick扩散定律，液膜中的传质速度即为扩散速度：对照两式可得到扩散系数与传质系数之间的关系气膜传质系数与气膜扩散系数也成正比关系如定义与液相中CAL平衡的气相分压为PA*，与气相中PA平衡的液相浓度为CA*。则传质通量又可表示为可得7.1.3气液相反应的宏观动力学气液反应A(g)+bB(l

7、)→P，气相组分A与液相组分B之间的反应过程，需经历以下步骤：①气相A通过气膜扩散到达相界面，在相界面上达到气液平衡；②组分A从相界面进入液膜，液相组分B从液相主体扩散进入液膜，A、B在液膜内接触而发生反应；③液膜中未反应完的A扩散进入液相主体，与其中的B进行反应。液相组分B不挥发，故不能穿过界面到达气相中。A、B之间的反应必须发生在液膜与液相主体中。当反应达到定常态时，穿过相界面的A的速率就与A消失的宏观速率相等。气液相反应过程是传质与反应的