第七章 气-液反应及反应器.pptVIP

第六章　气－液反应及反应器 概述 　　　在化学工业中，气－液反应广泛应用于: 加氢、磺化、卤化、氧化等化学加工过程。 气体的净化、废气及污水的处理常用气－液反应。 ※有机物氧化 ※有机物氯化 ※ 有机物加氢 ※其他有机反应 ※ 酸性气体的吸收（合成气的净化） ※废气及污水的处理 一、气－液反应 的定义 　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：　　　　　　　　　　A（液相）＋B（液相）　 二、气液反应与气固相催化反应的异同 相似点： 反应物历程：外扩散，内扩散－反应。 　　气相的扩散反应过程： 　　气体在多孔介质内的扩散（气固相催化反应） 　　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）孔扩散传质VS对流传质　　 式中： 　－分逸度； 　－i的摩尔分率；　　－i的逸度系数 第二节 气－液反应历程 一、　气－液相间物质传递 双膜理论 双膜理论的有关计算公式 上式各式中各符号的意义 3、优缺点 1）数学处理简单； 2）膜厚不可能为定值。 针对双膜论的缺点，先后提出了溶质渗透论（1935）、表面更新论（1954）和湍流传质论（1955）等。 （二）溶质渗透论 溶质渗透论 ：把过程看成是向半无限静止液体中进行的不稳定扩散。 目前普遍认为气相一侧的传质过程可用双膜论描述，界面上达到平衡。 渗透论较为精确，但数学计算复杂；双膜论数学计算简单，结果和渗透论相近，工程计算中一般用双膜论； 表面更新论和湍流传质论目前停留在理论阶段 二、气－液反应模型（反应和传质全过程）　 对气－液反应　　A（液相）＋bB（液相）→产物 　　　　　　↑ 　　　　　A（气相） 　　范克雷文论和霍夫蒂泽尔（Van.KreveLen,Hoftiper）在双膜论的基础上提出了等温扩散－反应膜模型。气－液相反应的全过程，经历以步骤： ①稳定的分子扩散：气相反应物A从气相主体通过气膜传递到气液相界面，并且在相界面上达到气液平衡，PAG→PAi； ②气相反应物A自气液相界面向液相传递； ③气相反应物A在液膜或液相主体中与液相反应物B发生化学反应； ④反应生成的液相产物留在液相中，而气相产物则向相界面扩散； ⑤气相产物自相界面通过气膜向气相主体扩散。 　　　以上5个步骤构成了一个扩散－反应过程 ，反应与传质之间互相影响，互相制约。 三、化学反应在相间传递中的作用 按化学反应和传递的相对大小区分为各种情况 　　以液相中进行一级不可逆为例： 1、化学反应可忽略的过程 液相中的反应量与物理吸收的量相比可忽略 即：液相中反应量＜＜物理溶解量 2、液相主体中进行缓慢化学反应过程（慢反应） 液膜中的反应量远小于通过液膜传递的量 八田 (Hatta) 准数 3、准数M的判据 M准数：液膜中化学反应与传递之间相对速率的大小 4、化学吸收的增强因子 气液反应和气固相催化反应都是“边扩散边反应”过程，但两者又各有特点。针对这些特点，理论上处理气液反应与气固相催化反应的方法也有异同。 气-固相催化反应：内扩散有效因子ζ 　　　　 又称为：内表面利用率 vs: 气液反应（同）：液相反应利用率 η( 相当于ζ) 气液反应（异）：增强因子β 化学吸收的增强因子 化学吸收的增强因子：以界面为基准的化学吸收速率NA和基准物理吸收速率NA′之比值称之为化学吸收增强因子。则： NA＝ β· NA′ 第三节　气－液反应动力学特征（气－液反应宏观动力学） 一、伴有化学反应的液相扩散过程 　　讨论气体在液膜中边扩散边反应的过程 二、一级不可逆反应 η值的大小是对液相利用程度的一种度量： η=1表示化学反应在整个液相中均匀进行；说明　　反应越慢 η1表示反应在液相中不均匀，液相利用不充分。 因此，称为液相利用率。 一级不可逆反应的特例： 三、不可逆瞬间反应 设反应　　　　　　为不可逆瞬间反应。A达到界面后向液膜中扩散，从液膜边界向界面方向扩散 ，A和B在液膜中的　　处相遇，反应瞬间完成。 2、吸收速率 1）气膜传质速率 3）气－液相间吸收速率 4)反应面位置δ1和的CBL关系 　一、工业生产对气－液反应器的要求 （1）应具备较高的生产强度 （a）气膜控制情况（βH很大） 气相容积传质系数大的反应器： 　 　液体高度分散； 　气体高速湍动。 如：喷射、文氏等反应器 （c）慢速反应情况（M准数远小于1） 　 反应基本上是在液相主体中进行， 要求反应器：液相反应容积较大。 如