化学反应工程_第六章_气液反应工程.ppt

第六章　气－液反应及反应器 目 录 第一节　气－液反应平衡 第二节　气－液反应历程 第三节　气－液反应动力学特征 第四节　气－液反应器概述 第五节 鼓泡反应器 第六节 填料反应器 第六章　气－液反应及反应器 气液相反应器的定义：包括气相和液相，且气相中的组分必须进入到液相中才能进行的反应。 进行气液相反应的装置：气–液相反应器。 基本特征： （1）至少有一反应物在气相； （2）反应物都是气相，但须进入液相催化才能进行反应； （3）气液相反应属于非均相反应，气相反应物必须经过相界面进入液相，于是不仅包括反应过程，还包括传质过程。 第六章　气－液反应及反应器 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 合成产物 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 VS 相间传质过程 　　 （气固相催化反应） （气液反应） 　　（2）对流传质 VS 孔扩散传质　　　 式中 hs 为非电解质溶液盐效应系数， ； Cs 为非电解质的浓度， 。 盐效应系数随分子量增大而增加，可查表而得。 三、带化学反应的气—液相平衡 气体A与液相组分B发生化学反应，则A组分既遵从相平衡关系又遵从化学平衡关系。设溶解气体A与液相中B发生反应，则可表示为 由化学平衡常数可写出 由相平衡关系式可得 当气相是理想气体混合物时，上式为 为了较深入地阐明带化学反应的气液平衡关系，下面分几种类型来分析。 1. 被吸收组分与溶剂相互作用 设被吸收组分A在溶液中总浓度为 ，即 可得 。联合理想气体亨利定律 , 整理得 当A为稀溶液时，溶剂B是大量的， 与 表观上仍遵从亨利定律，但溶解度系数较无溶剂化作用时增大(1+ ) 倍。 如水吸收氨即属此例。 2. 被吸收组分在溶液中离解 由反应平衡， ，当溶液中无其他离子存在时， ，则 2. 被吸收组分在溶液中离解 A的总浓度 ，由 ， 则得 该式表示A组分的溶解度为物理溶解量与离解量之和。 如水吸收二氧化硫即属此类型。 3. 被吸收组分与溶剂中活性组分作用 设溶剂中活性组分起始浓度为 ，若组分B的转化率为 ， 此时 ， ，由化学平衡关系 3. 被吸收组分与溶剂中活性组分作用 将气液平衡关系 引入，则 液相总的A组分浓度 式中 为平衡常数Kc与溶解度系数HA的乘积，表征带化学反应的气-液平衡特征。 如果物理溶解量相对于化学转化量可以忽略时，则 该式为化学吸收典型的气液平衡关系。 与物理吸收 的关系比较如下： 物理吸收时，气体的溶解度随分压呈直线关系；而化学吸收则呈渐近线关系，在分压很高时，气体的溶解度趋近于化学计量的极限；物理吸收宜应用于高分压的情况下，而化学吸收宜应用于低分压的情况下。 与物理吸收 的关系比较如下： 对各种气体的溶解度的高低，物理吸收主要体现在H的数值上，而化学吸收则不同，取决于 ( 的乘积)的数值，即除了HA值外，化学平衡常数Kc更具有特殊的选择性。 物理吸收溶解热较小，仅数千焦耳每摩尔之内，而化学吸收溶解热高达数万焦耳每摩尔，因此，温度改变对化学吸收平衡的影响较物理吸收时更为强烈。 一、气－液相间物质传递 双膜理论 上两式消去界面条件ci 和pi ，可得吸收速率 而 上列各式中： p*为与液相cL相平衡的气相分压，MPa；