第八章气液反应过程及反应器.ppt

* * * * 气液相反应的类型 根据反应速率相对快慢，分为以下5种类型。 （1）瞬间反应：本征反应速率远大于传质速率的反应 瞬间反应属扩散控制，反应阻力来自于气相及液相传质阻力。 （2）快速反应：本征反应速率大于传质速率 快速反应的反应区在液膜内，反应阻力来自于传质阻力及动力学阻力，但传质阻力占主要。 （3）中速反应：本征反应速率与传质速率相当，反应从液膜内某一位置开始，蔓延到液相主体。 中速反应的阻力主要来自传质及动力学阻力。 （4）慢速反应：本征反应速率小于传质速率，反应主要在液相主体内进行。 慢反应的阻力主要来自动力学阻力。 （5）极慢反应：本征反应速率远小于传质速率的反应 极慢反应完全在液相主体内进行，反应的阻力完全来自动力学阻力。属动力学控制。 气液反应的宏观速率： 二、气液相反应宏观反应速率方程 对于气液反应 由于气液相反应依靠界面传质，因而受单位体积液相具有的界面积影响。 定义：α --- 单位气液混合物容积中的相界面积。 m2/m3 ---- 气液两相的液含量。 δG δL pA pAi cBL cAL cAi (1) 区：反应物A首先从气相主体在气膜中扩散到界面，这个过程为纯物理过程 扩散量为: ……..(1) (2) 区：反应物A从界面经过液膜，这个过程为物理扩散与化学反应同时参于。化学反应使A的浓度降低，增强了物理扩散效果，引入一参数对物理扩散修正。 化学增强因子： E 物理意义：伴有化学反应时A在液膜内传质系数与A在纯物理吸收时液膜传质系数之比，它表示了化学反应对传质速率的影响。 这时扩散量为： ……….(2) (3) 区：A组分通过液膜后进入液相主体内进行化学反应。 化学反应量为: ……..(3) 对于一个气液反应，当传质与反应达平衡时的速率即为宏观反应速率。 此时有：气膜传质速率 = 液膜传质速率 = 液相主体反应速率 由亨利定律 ： 代入上式化简得： 下面将具体讨论化学增强因子E的计算： E的意义类似气固相反应中的催化剂效率固子 , 与席勒模数 有关。 对于气液相反应中增强因子E也与气液相席勒模数 有关。 增强因子E是 的函数，经推导有： 其中： 为瞬间反应的增强因子 E与 取值有关，可有关联图求出。以下 可化简计算： （1）当 ： 可按瞬间反应处理。 （2）当 ： 可按快速反应处理。 （3） 当 ：E按上面公式试差计算或查图。 （4）当 ： E=1.0 可按慢反应处理。 气液相席勒模数 的物理意义 不同反应的类型可以由 判断： （1）当 ＞ 30 时，瞬时反应。反应区在界面，反应阻力 可忽略不计。 （2）当 ＞3 时，快速反应。反应区在液膜内，反应阻力 可忽略不计。 （3）当 0.2＜ ＜3时，中速反应。反应区直至液膜过界，有部分进入液相。 （4）当 ＜0.2时，慢反应。反应区在液膜及液相主体中。 （5）当 ＜0.02时，极慢反应。反应区完全在液相主体中，总传质阻力可忽略不计， 8.4 气液相反应器 工业生产对气液反应器的要求： （1）较高的生产强度 （2）有利于反应选择性的提高 （3）有利于降低能量消耗 （4）有利于反应温度的控制 （5）应能在较少流体流率下操作 （1）较高的生产强度 （a)气膜控制情况 　 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。 可选用喷射、文氏等反应器 （b）快速反应情况 　 反应基本上是在界面近旁的