第14章非均相化反应器2008.ppt

(H) 极慢反应 A、B在液膜中的浓度等于液相主体中的浓度 扩散速率远远大于反应速率，近似于物理吸收 极慢反应 第二节 气液相反应器 (2)慢速反应的宏观反应速率方程 (14.2.53) (14.2.54) 对于极慢反应： 第二节 气液相反应器 (a) 填料塔；(b) 喷淋塔；(c) 板式塔 液 液 气 液 气 (c) 气 气 液 (b) 气 气 液 液 (a) 三、气液相反应器的设计 (一)气液相反应器的类型 第二节 气液相反应器 液 气 气 液 (d) 液 液 气 气 (e) (d) 鼓泡塔；(e) 搅拌反应器 第二节 气液相反应器 （二）填料反应器的设计计算 设计计算的目的：塔径,填料层高度 注意：反应过程中气相的摩尔数发生变化，以惰性成分为计算基准，便于设计计算 设计的基础：反应速率方程、物料衡算式 对于瞬时反应或快速反应 反应物在液相主体中的浓度为0，即cAL＝0 第二节 气液相反应器 yA+dyA cB+dcB yA cB Z=0 Z=H qnGI, yA1 cB1 qLI, cB2 yA2 dZ Z 微单元内A的物料衡算 A的损失量＝A的反应量 气相惰性组分I的摩尔流量 (14.2.58) 第二节 气液相反应器 (14.2.65) 式(14.2.58)积分： 第二节 气液相反应器 微单元内B的物料衡算 B的损失量＝B的反应量 液相惰性组分I的摩尔流量 yA+dyA cB+dcB yA cB Z=0 Z=H qnGI, yA1 cB1 qLI, cB2 yA2 dZ Z 第二节 气液相反应器 (14.2.66) 第二节 气液相反应器 在逆流操作的填料塔中利用化学吸收把空气中的有害气体含量从0.1%降低到0.02%。 （反应为界面反应A+B→P） 已知：kGA?ai=32×103 mol/(h?m3?atm)， kLA?ai=0.1 h-1， HA=0.125×10-3 atm?m3/mol， 气相流量为1.0×105 mol/(m3?h)， 液相流量为7.0×105 mol/(m2?h)， 气相总压pt=1atm， 液相总浓度cT=5.6×104 mol/m3， 吸收液中吸收剂B的浓度为800 mol/m3， 试球塔顶处液相中B的浓度并计算所需塔高H。 例题14.2.3 第二节 气液相反应器 (1)根据条件求出塔底处吸收液中B的浓度 已知：pA1=1×0.02%=2×10-4 atm， pA2=1×0.1%=1×10-3 atm， cB1=800 ml/m3， qn G=1.0×105 mol/(m3?h)， qn L=7.0×105 mol/(m2?h)， ct=5.6×104 mol/m3 所以， 全塔物料平衡 第二节 气液相反应器 (2)求塔高 对于稀薄气体 代入(14.2.69)式可得： 界面反应的宏观速率方程： 第二节 气液相反应器 （三）鼓泡塔的设计计算 1.半连续操作的鼓泡塔 操作方式：液体一次加入，气体连续通入反应器底部，以气泡形式通过液层。 特 点：与均相间歇式反应器一样，操作状态为非稳态。 qnGI,yA1 H yA2 第二节 气液相反应器 dZ qnGI, yA1 Z H yA2 yA+dyA yA 对于二级不可逆气液相反应 假设：气相为平推流，液相为全混流 A的物料衡算式如下： 边界条件： 根据边界条件，积分可得反应器高度 第二节 气液相反应器 2.连续操作鼓泡塔的设计计算 气相组分A的物料衡算为： 假设：气相为平推流，液相为全混流 －rAS：相界面积基准的反应速率 a：比相界面积 第二节 气液相反应器 * * * 瞬间反应A(g)+αB(l)→P的反应平面随液相中B的浓度的升高而向气液界面移动。当B的浓度高于某临界浓度cBL,C以上时，反应平面与气液界面重合，此时的反应称界面反应。试推导出cBL,C的表达式，并给出气液界面反应的宏观速率方程。 例题14.2.1 第二节 气液相反应器 解：(1)根据题意，在气液界面处A、B的浓度均为零 由 得 故 A在气膜中的扩散速率： 根据NA和NB的关系式： 故 B在液膜中的扩散速率： 第二节 气液相反应器 另解(1)：由(14.2.22)式得： 整理可得 界面反应： 即： 故 第二节 气液相反应器 (2) 界面反应的宏观速率等于A在气膜中的扩散速率，故以气液界面面积为基准的宏观反应速率方程为： 宏观反应速率方程 第二节 气液相反应器