气液反应详细新版的还算清楚.pptVIP

* * * * 8 气液反应器 * 气液反应器 一、液反应的特点 二、气液反应的宏观动力学 * 　　气液反应器是化工、石油化工，以及食品等工业中广泛使用的一类反应装置，主要包括： 　☆通过气液反应以制取所需的产品。如烃类氧化制氯代烃、异丙苯氧化制过氧化氢异丙苯、乙烯氧化制乙醛、乙醛氧化成乙酸等等。 　 ☆通过气液反应净化气体，除去气体中不希望存在的组分，这样的过程也叫化学吸收。如氢氧化钠吸收二氧化碳，乙醇胺吸收二氧化碳等。 　 ☆某些气相复合反应，其目的产物的收率不高，通过改成气液反应过程使目的产物容易溶解到液相中，提高其收率。 * 重点掌握： 气液相反应过程的步骤。  气液反应宏观动力学方程的建立。深入理解： 气液相界面的传递模型。  气液反应宏观动力学速率的计算方法。  * 第一节 气-液反应过程及界面传递模型 一、气液反应过程的特点 　　 反应发生前气液两相中的反应组分首先需要接触，气相反应组分通过气液界面传入液相，并与液相中的组分进行反应。 　　 描述反应过程总速率的宏观反应速率方程将是本征化学反应速率和气液传质速率的组合。 * 二、气液相界面的传递模型 　气液相间的物质传递对于气液反应过程速率有重要影响，这种相间传递过程通常可以用传质模型来描述。常见的传质模型有双膜模型、溶质渗透模型和表面更新模型。 双膜模型 　　双膜理论假定气液相界面两侧各存在一个静止的膜，即气膜和液膜，两相间的物质传递速率取决于通过气膜与液膜的分子扩散速率。 很多传质系统中不存在稳定静止的膜。尽管双膜模型不能反映气液相间传质的真实情况，但该模型使用简单。 * (1)气相组分A由气相主体通 过气膜传递到气液相界面; (2)组分A由相界面传递到液膜 内与组分B进行化学反应， 反应与扩散同时进行； (3)末反应的A向液相主体扩散，并与B在液相主体中反应； (4)生成的反应产物R向其浓度梯度下降的方向扩散。 反应步骤： * 第二节 气液反应宏观动力学 一、 气液反应过程的基础方程 气液反应过程是液相中反应组分的传递和化学反应同时进行，是一个并联过程。 设气相组分A和液相组分B进行反应： 在液膜内离相界面Z处，取一厚度为dZ的微元体，微元体与传质方向相垂直的表面积为1。当过程达到定常状态时，单位时间内组分Ａ扩散进入该微元体和从该微元体扩散出来的摩尔数的差值，应等于其中反应消耗的组分Ａ的摩尔数，即： * DAl 为组分A在液相中的扩散系数。如果DAl为常数，则： 同理，对该微元体作组分B的物料衡算，有 组分B在液相中扩散系数DBl亦为常数。 (8-1) (8-2) (8-3) * 上面两式的边界条件： 式中α为单位体积液相具有的相界面积，?L为液膜厚度。 如果过程在等温下进行，结合边界条件可确定液膜内的浓度分布，进一步可求液相内的宏观反应速率。只有在函数形式比较简单时(8.3)和(8.4)式才有解析解，否则只能通过数值方法求解。下面将就几种特殊情况分别进行讨论。 (8-4) * 二、 拟－级不可逆反应 　　如果液相组分B大量过剩，cB=Const.，对组分A可按一级不可逆反应处理，即 代入式（8-2）得： (8-5) cB=Const.，式8-3可取消。 （8-5）式为二阶常系数线性微分方程，引入无因次变量： * 则（8-5）式变为： (8-6) (kL为不存在化学反应时的液相传质系数） 则（8-6）式变为： (8-7) 边界条件(8-4)无因次化： (8-8) * 其中 ，其意义为液相体积与液膜体积之比。 结合边界条件， 的解为： （8-9） 根据双曲函数的定义，（8-9）式改写为： * （8-10） 将式（8-10）对?求导，令?=0得 ： （8-11） 式（8-11）为相界面处的无因次浓度梯度，此处反应速率为： * （8-12） 则： （8-13） 令： 则： （8-14） （8-15） * 无因次数 叫做八田数，是化学吸收的重要参数，其意义为液膜内化学反应速率与物理吸收速率之比。 等于纯物理吸收时的吸收速率； rA为宏观反应速率。 （8-15）式说明，化学反应的存在使传质速率增大?倍。 ?称为化学吸收的增大因子，也等于有化学反应时的液相传质系数与无化学反应时的液相传质系数之比。 ?值的大小取决于?和M的值。 * 化学吸收的目的是气体净化，着眼于传质速率的快慢，用增大因子来表示化学反应对传质的增强作用是合适的。如果通过气液反应制取所需的产品，关心的则是化学反应进行的快慢、反应的完全程度以及传质对化学反