气液相反应和反应.ppt

气液相反应和反应器分析 化环学院 晋梅 概述 气液反应过程 气相反应物溶解于液相后，再与液相中的反应物进行反应的一种非均相反应过程 主要用于 直接制取产品，如环己烷制取乙二酸，乙醛氧化制乙酸，气态二氧化碳和氨水反应制取碳酸氢铵 化学吸收，脱除气相中某一种或几种组分，如热钾碱或乙醇胺溶液脱除合成气中的二氧化碳，用铜氨溶液脱除合成气中一氧化碳等 1. 气液相反应动力学 理论基础是由日本学者八田四郎次在双膜理论的基础上完成的 用于气液相理论的研究还有表面更新理论和溶质渗透理论 三种模型在实际过程中的应用结果相差不大 用双膜理论来描述更为合适 1.1 气液反应过程的基本方程 气相反应物A与不挥发的液相反应物B进行反应 反应过程 分压为pA的反应物A从气相主体传递到气液界面 在界面上A的气相分压为pAi，液相浓度为cAi，两者处于相平衡状态 反应物A从气液界面传入液相，在液相内浓度 为cA的A与浓度为cB的B进行反应 气液相反应过程存在反应相外部的质量传递 和反应相内部的传质和反应同时发生的过程 气液相反应中的传递过程方向 气相组分A由气液界面向液相主体传递 液相组分B由液相主体向气液界面传递 气液组分的浓度分布 采用双膜理论进行分析时，组分A和B的浓度梯度仅存在于液膜内，在液相主体中的浓度梯度为0 如虚线所示 反应的物料衡算 在液相内离相界面为z处取一厚度为dz的微元体 达到定常态时---A组分物料衡算 扩散进入该微元体的组分A的量-由该微元扩散出去的组分A=微元体中反应掉的组分A的量 组分A和B反应级数为一级，DA为常数 B组分的物料衡算 求解 边值条件 八田数 无化学反应时的传质系数 物理意义 类似于气固相反应中的Thiele模数 八田数可作为气液相反应中反应快慢程度的判据 Ha3，属于反应在液膜内进行飞速反应或快速反应 Ha0.02，属于反应在液相主体中进行慢反应 0.02Ha3，属于反应在液膜和液相主体的反应都不能忽略的中速反应 1. 2 拟一级不可逆反应 若液相组分B大量过剩，液相中组分B的浓度视为常数 反应速率方程 按照一级反应处理 方程 方程的通解 组分A在液膜内的浓度分布 浓度分布为Ha和?的函数 同时还可计算出伴有化学反应时通过液膜的传质通量 K1为伴有化学反应时的液相传质系数 增强因子E 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 增强因子E 化学反应对过程有加速作用 加速作用实质表现在由于反应存在改变了液膜内反应物的浓度梯度 E为有反应时和无反应时的浓度梯度之比 液膜传质阻力忽略时，通过界面的传质通量表达 等于液相主体均相反应速率计算 液相有效利用率---JA与RA的比值 液相有效利用率 定义：气液反应过程中液相利用程度的度量 物理意义：与气固相催化反应中的内部效率因子相当 当JA=RA时，液相有效利用率为1，整个反应在液相中进行，表明反应是相对于传质十分缓慢的反应 在严重的扩散限制下，JARA时，液相利用率很低，反应在液膜中进行，表明反应相对于传质来讲，反应十分快速 增强因子E和液相利用率? 均为Ha和液相总体积与液膜体积之比?的函数 反应速率常数和液相主体中组分B的浓度乘积 大时 Ha很大?tanhHa?1 液相利用率很小，说明反应在液膜内进行 应该采用比表面积大的气液反应器进行反应 增强因子E和液相利用率? 反应速率常数和液相主体中组分B的浓度乘积 小时 Ha很小?tanhHa?Ha 两个参数均为Ha和液相总体积与液膜体积之比?的函数 根据Ha和?的定义 Ha很小， 大，则存在 过程由物理传质速率决定，化学反应仅在液相主体的某一区域内进行 增强因子E和液相利用率? 根据Ha和?的定义 Ha很小， 小，则存在 整个反应过程将在液相中进行，过程速率由均相反应速率决定 1.3 不可逆飞速反应 当反应速率非常大时，不仅反应物A在液膜内被完全耗尽，反应物B的浓度在液膜内也将逐渐下降 简化处理 当反应飞速反应，反应仅仅发生在液膜内的某一个平面上时，可以获得简化处理 飞速反应 反应过程 液膜内存在一反应面，当自气液界面向液相 主体扩散的组分A和自液相主体向气液界面 扩散的组分B在反应面上相遇时，相互反应而耗尽，也就意味着反应 面上组分A和B的浓度均为0 定常态下，组分A从气相主体扩散到气液界面的量和从气液界面扩散到反应面的量应相等，且和组分B从液相主体扩散到反应面的量符合化学计量关系 仅考虑液膜阻力时 飞速反应的增强因子 飞速反应的增强因子与反应速率常数无关 飞速反应的增强因子与八田数也无