反应工程课件第6章.ppt

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1、气－液反应是气相中的反应组分A越过相界面进入液相，和液相中的组分B进行的反应，反应过程如下:第六章气－液反应工程产物A（气相）A（液相）＋B（液相）1)气液反应的特点(1)反应物气体A液相中组分B，B不挥发(2)反应区域在液相内，包括相界面;(3)多相反应，反应过程由传递过程和化学反应组成;(4)反应平衡,包括相平衡和化学反应平衡：气体液体产品2)气-液的反应目的(1）净化原料气(2）制取产品CO2+K2CO3+H2O2KHCO3SO3+H2OH2SO4NH4HS+H2OH2S+NH3·H2O硫酸尾气吸收塔转化气浓硫酸本章主要内容6.1气－

2、液反应平衡6.2气－液反应历程6.3气－液反应动力学特征6.4气－液反应器概述6.5填料反应器6.1.1气－液相平衡气－液反应的相平衡关系如下，包括气－液相平衡和化学反应平衡，先讨论相平衡。设气相中组分i溶解于液相中，当气－液相平衡时，组分i在气相和液相中的逸度相等，即6.1气－液反应平衡式中：－分逸度；－i的摩尔分率；－i的逸度系数产物i（气相）i（液相）＋B（液相）对于稀溶液，可用亨利定律表示：式中：－亨利系数－i在液相中的摩尔分率1)气－液平衡的一般关系(2)气相为理想气体混合物低压下：(1)气相为理想气体，气－液相平衡关系为：式中：

3、－容积摩尔浓度；－溶解度系数2)Ηi和Ei的关系对于稀溶液，M近似等于溶剂的分子量M0，可得Hi和Ei的近似关系：式中:，ρ－溶液密度，M－溶液平均分子量3)Ηi、Ei和温度的关系在大多数情况下，△Hi为“-”，即溶解时放热。讨论：问题：温度升高Ηi、Ei增大还是减小？1935年苏联学者克里契夫斯基提出如下关系式：－i在溶液中的偏摩尔容积，可查文献得到。4)Ηi、Ei和压力的关系讨论：(1)当压力的变化小于50atm时，对气体在液体中的溶解度影响很小，Hi可以近似看做常数；(2）当压力的变化超过50atm时，要考虑Hi的变化。问题：压力升高

4、Ηi、Ei增大还是减小？规定：6.1.2溶液中气体溶解度的估算亨利定律只适用于稀溶液和纯溶剂，但在工业生产过程中，液相中含有其他电解质和非电解质，亨利定律并不适用。1)电解质溶液的2)非电解质溶液的系数可由相关文献中查得。E、E0为气体在水中和电解质溶液中的亨利系数。I1、I2为溶液中各电解质的离子强度。h1、h2为溶液中各电解质所引起的溶解度降低系数。hs为非电解质溶液盐效应系数。Cs为非电解质的浓度。6.1.3带化学反应的气液平衡1)一般的化学吸收(1)两相间-相平衡对理想气体混合物，或在低压的气体应满足亨利定律Ci=HiPi(2)溶液

5、中-化学平衡2)气液反应的类型(1）溶剂化作用：被吸收组分溶解后与溶剂相互作用。例如：NH3+H2O=NH4OH溶剂化的一般形式A、溶液中-满足化学反应平衡分析：组分A的溶解量包括两部分，一部分以A的形态存在，成为游离或溶解态的A，即溶液中浓度为CA的部分，是物理溶解量，另一部分与B反应转变成了M，即化学溶解量。B、两相间-满足相平衡与气相中分压PA*相平衡的是液相中的存在形式CAC、溶液的吸收能力包括物理吸收和化学吸收两部分D、溶剂化作用的结果气相中的平衡分压PA*与CA0仍服从亨利定律Ci=HiPi。只是由于溶剂化作用，使溶解度系数比以

6、前增大了（1+K1CB）倍。溶剂化作用有利于A的吸收。（2）离解作用：气体溶质A溶于溶剂后，离解为离子。例如：HCl=H++Cl-离解作用的一般形式A、溶液中-满足化学反应平衡B、两相间-满足相平衡C、溶液中A的总溶解量包括CA和CM两种形式存在的量（3）与活性组分发生化学反应A溶于液相后，与液相中的活性组分B之间发生化学反应。例如：2NH3+H2O+CO2=(NH4)2CO3吸收的一般形式设B的平衡转化率为R，吸收达到平衡时：CB=CB0(1-R)CM=CB0RA、液相中-化学反应平衡B、两相间-相平衡C、求解3）对化学吸收的讨论（1）压

7、力的影响B、高压下A、低压下C、讨论物理吸收时，在任何压力范围内都符合亨利定律，CA=HAPA，直线，斜率为HA，压力增大，吸附量增大，无极限量。化学吸收时为曲线，在低压下符合亨利定律，CA*=CB0HAK1PA*，几乎为直线，但斜率比纯物理吸收大。在高压下趋近于CB0，定值。中压范围内为曲线。（2）温度的影响A、对物理吸收提高温度，溶解度系数HA下降，吸附量下降，但影响比较小。B、对化学吸收改变温度要影响HA和K，对K的影响大。所以温度对化学吸收的影响大。（3）再生过程A、对物理吸收再生，主要是降压。B、对化学吸收再生，主要是加热（放热反

8、应）。6.2气-液反应历程6.2.1气－液相间物质传递1）双膜理论双膜论是W.G..Whitman于1923年提出的。（1）模型要点A、呈滞流的双膜假定在相界面的两侧存在着气膜和