气液反应器剖析教学提纲.ppt

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1、气液反应器剖析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。用作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。与常规的物理吸收相比较，化学吸收推动力大，可以更快速彻底地吸收掉气相中的组分，如

2、每1m3水在1.8MPa的压力下仅能吸收2.5~3.0m3（标准状态）的CO2，而在常压下用1m3乙醇胺溶液可吸收30m3的CO2。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。用气态环氧乙烷通入液态氨水溶液以制取乙醇胺的反应：CH2OCH2(g)+N4OH(l)-----CH2OHCH2NH2+H2O气态乙烯与氧气在液相催化剂存在下反应生成乙醛：C2H4(g)+1/2O2(g)------C2H4O气态反应物和液态反应物有时需借助于固体催化剂而

3、发生反应，如催化剂是悬浮在液体中的小颗粒，则称为浆态床反应器。例苯加氢生成环乙烷的反应：3H2(g)+C6H6(l)C6H12(l)7.1.1气液相反应设备（塔类、釜式反应器）塔类设备包括填料塔、板式塔和鼓泡塔。填料吸收塔：具有较大的相界面积和较小的持液量；板式吸收塔：塔体与塔板结构与一般精馏塔相同，同时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

4、比前两种塔式反应器大。用于化学吸收的填料塔通常是两塔串联操作，如图。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：有代表性的是鼓泡搅拌釜。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

5、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。双膜模型假定气液相界面两侧存在着气膜与液膜（很薄的静止层或滞留层）。当气相组分向液相扩散时，必须先到达气液相界面，并在相界面上达到气液平衡，即符合亨利定律pAi是气相组分A在相界面上成平衡的气相分压CAi是气相组分A在相界面上成平衡的液相浓度HA为亨利常数双膜模型又假定在

6、气膜之外的气相主体和液膜之外的液相主体中，达到完全的混合均匀，即全部传质阻力都集中在膜内。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。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：当扩散达定常态时方程右侧各项均为常数，可知此时液

7、膜内浓度梯度处处相等。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是其中的扩散速度，由式（7.1-5）可得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)→P，气相组分A与液相组分B之间

8、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之间的反应因此必须发生在液膜与液相主体中。换言之，气相A必须越过相界面进入液膜才能与B发生反应。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。