多流体相的反应过程.pptVIP

8.2.3反应速率的实验测定测定气液相反应速率常用的实验装置是双混和反应器，如图。此反应器由上下两部分组成，中间中大小可调的隔板隔开，上部为反应气体，下部为反应液体，气液两相的接触面在隔板的中央。上部气相与下部液相中各装有搅拌装置，使两相均处于全混流状态，改变搅拌速度可改变气膜与液膜的厚度，并因此改变传质阻力。*第62页，共100页，星期日，2025年，2月5日双混合实验反应器可以判断气液相反应的类型。若气相搅拌速率↑，（-rA）↑，则说明气膜扩散阻力大，反应速率是快速的；而气相搅拌转速↑，（-rA）基本不变，则说明气膜扩散阻力较轻，可忽略不计，反应为控制步骤。*第63页，共100页，星期日，2025年，2月5日若单位时间内消失的A量与气液相界面积成正比，则为瞬间反应或快速反应；若A的消失速率与相界面积无关而与液相体积成正比，则说明是在液相主体中进行的慢反应；如果气相组分A的消失速率与气液相界面积及液相体积两者均有关，则可判断为中速反应。*第64页，共100页，星期日，2025年，2月5日判别气液相反应的类型，对于正确选择反应器形式十分重要，因为不同的气液反应器具有不同的比相界面和贮液量，因而具有不同的传递性能和反应性能。快速反应：反应场所仅在液膜同，宜选用比相界面大的反应器类型，如填料塔、喷雾器、湿壁塔等。慢速反应：液相主体是进行反应的主要场所，选择反应器则首先是持液量大的反应器，如鼓泡塔等。中速反应：要同时兼顾气液相界面积和持液量，可选用板式塔、鼓泡搅拌釜等。*第65页，共100页，星期日，2025年，2月5日8.2.4气液相反应器选型气液反应器的主要类型示意图填料塔喷淋塔板式塔鼓泡塔搅拌反应釜管式反应器*第66页，共100页，星期日，2025年，2月5日表8一2气液相接触设备的性能比较*第67页，共100页，星期日，2025年，2月5日反应器选型一般要考虑如下因素：①气液接触形式塔式设备中气体、液体均可近似看成活塞流，采用逆流接触方式具有最大的推动力；鼓泡塔中气体呈活塞流，液体近似为全混流；搅拌釜中气、液两相均可看成全混流。②相间传质系数kGA、kLA液体呈滴状处于连续的气相中kGA较高，kLA较低；气体呈上升的气泡通过连续的液相时kLA较高，kGA较低。*第68页，共100页，星期日，2025年，2月5日③气、液流动速率除填料塔以外的其他气液反应器液速/气速比可在较大范围内调节而不影响操作；填料塔的液速/气速比在常压下一般控制在10左右。④气液反应控制步骤传质控制的快反应应选择具有高相界面的设备，但要注意结合考虑传质系数的影响；反应控制的慢反应选用具有高液含率的釜式设备或鼓泡塔。*第69页，共100页，星期日，2025年，2月5日解：故该反应为慢反应，反应区域为液相主体。可选择持液量大的搅拌釜或鼓泡塔反应器。例：二级气液反应A+B→R，-rA=20cAcBmol/cm3·s，已知DAL=2.0×10-5cm2/s，cBL=2.5×10-3mol/cm3，kLA=0.1cm/s。试判断该反应的类型和反应区域，并选择合适的反应器。*第70页，共100页，星期日，2025年，2月5日上式可变换为则得*第30页，共100页，星期日，2025年，2月5日（2）界面反应液相中B的浓度足够大时，反应面位置与相界面重合，此时，A组分的消失速率取决于其在气膜中的扩散速率。该过程属于气膜控制过程。*第31页，共100页，星期日，2025年，2月5日反应面位置的判别由和解得*第32页，共100页，星期日，2025年，2月5日若则必为界面反应。式中分母恒为正值，如分子为正，则cAi0，反应必发生在液膜内某处面上，故为瞬间快速反应，如果分子为负值，则cAi0，或当cAi=0时，表示界面上A的液相浓度及气相分压均为0，所必定为界面反应。判据：*第33页，共100页，星期日，2025年，2月5日习题P2751*第34页，共100页，星期日，2025年，2月5日（3）拟一级快速反应A、B两组分的反应在液膜中某个区域内完成，且液膜中B的浓度基本不变，因而二级不可逆反应可简化为拟一级反应。反应在液相中进行：式中，k1=kcBL，在一定温度下可做常数处理，假定反应区域充满整个液膜，则基础方程为：*第35页，共100页，星期日，2025年，2月5日基础方程边界条件基础方程的解为：（8-28）*第36页，共100页，星期日，2025年，2月5日式中，双曲正弦函数膜内增强系数γ又称为Hatta准数（或八田准数），其物理意义是：因此，可