（化学工程专业论文）nβ羟乙基乙二胺的合成研究.pdf

摘要 本文简要介绍了n b 羟乙基乙二胺的物理化学性质、生产状况以及相关用 途。本课题组在查阅国内外文献的基础上，对目前各种合成工艺路线进行了分析 比较，最后选定以环氧乙烷和乙二胺为原料的塔式精馏反应路线。通过单因素试 验和正交试验对合成过程的影q 自因素进行了研究，确定了合成n 8 羟乙基乙二 胺的最佳工艺条件。最后以双膜模型理论为指导，建立了该气液反应的宏观动力 学模型。 结果表明： 1 合成过程的最佳工艺条件为：乙二胺中含水量2 0 ，环氧乙烷通气速度 1 5 m l m i n ，环氧乙烷导入温度3 0 ，反应时问6 h r 。在该工艺条件下，将 所生成的粗产物在2 1 3 3 p a 压力下进行减压蒸馏，最终可使n 一6 羟乙基 乙二胺产品纯度大于9 9 。 2 用自行设计的精馏反应器进行n b 羟乙基乙二胺的合成是可行的，最 终产品可达化学试剂级。 3 建立的宏观动力学模型为： 卟s 一鲁 f7 ，5 6 8 9 l o 一5 一g + 2 3 6 4 6 i o 一5 c j 日lo c b l 9 9 ，西安市石油化工厂。 2 4n b 一羟乙基乙二胺合成流程及操作过程 采用自行设计的气液塔式精馏反应器，其流程简图见图2 1 。 图2 - 1 合成工艺流程简图 i - 三口烧瓶2 - 温度计3 填料柱4 e o 导入管5 调温换热器 6 - 冷凝器7 - 气液接触反应构件8 一e o 贮罐9 转子流量计1 0 尾气吸收器 整个反应过程为：将1 3 5 9 乙二胺和水( 质量百分含量为x ) 的混合液置于三 口瓶中加热气化，经过填料柱进入反应区。经冷凝器冷凝后积聚于接收器中，再 由接收器底小口滴至环氧乙烷出气口，在此处乙二胺和环氧乙烷进行气液相快速 接触反应，生成的产品进入三口瓶。当乙二胺蒸出量极少时即为反应终点( 填料 柱的作用是将含有产品和原料的混合蒸汽进行分离，使产品流回三口瓶，防止其 再次进入反应区发生多羟乙基化副反应) 。将反应后的混合物置于减压蒸馏装置 中，2 1 3 3 p a 压力下收集到1 3 6 一1 3 9 馏分2 1 0 9 ，以环氧乙烷计的收率为9 2 5 4 ， 产品纯度大于9 9 。 2 5 试验方案 本试验以环氧乙烷计的选择性和收率为主要评价指标，其反应的主要影响因 素有气液反应构件，乙二胺中含水量，环氧乙烷通气速度，环氧乙烷导入温度， 反应时间。对上述因素，我们分别进行了单因素试验和正交试验，确定最佳工艺 条件。 2 6 单因素试验 在单因素试验中，测定n - b 羟乙基乙二胺环氧乙烷合成的选择性和收率， 并对几种气液反应构件，乙二胺中含水量，环氧乙烷通气速度，环氧乙烷导入温 度，以及反应时间进行优选。 2 6 1 气液反应构件结构对反应的影响 ( 1 )反应构件结构设计的动力学依据 冷凝的乙二胺由接收器底小口滴至气液反应构件的顶端，然后覆盖反应构件 的外表面，而环氧乙烷由通气管通入反应构件内，并从反应构件表面上的各小孔 喷出，这样气液两相便在反应构件开孔的外表面处进行快速接触反应，反应后的 混合液汇于反应构件的下端，随后很快与环氧乙烷分离。因该合成过程为一快反 应且伴随一连串的副反应，所以反应构件的大小、形状以及开孑l 方向将是我们设 计反应构件结构时所须考虑的重要方面，并且这些方面直接决定反应构件的成功 与否。 ( 2 ) 反应构件设计的工程因素考虑 为提高整个反应的收率和选择性，本课题组制作反应构件时，对一些工程因 素进行了较为充分的考虑。首先经过初试，以冷凝的乙二胺能否均匀覆盖反应构 件的外表面来确定反应构件的大小尺寸，经试验我们得到反应构件的直径或锥底 棱边长度1 5 c m 为宜；其次对反应构件表面上孔的分布、孔数量( 两者将决定 气液反应接触面积) 进行了考虑，经试验我们取孔数量为1 2 个，孔间距为2 m m 。 对于上下开孑l 的反应构件，我们上下面分别开6 个孔，且孔间距亦为2 m m 。因 此，我们尽可能保证各反应构件的所能提供的气液反应接触面相同，以确保各反 应构件在相同的条件下进行研究比较。最后对于开孔的方向的考虑，我们选择了 两种极端的状况，一种是水平方向开孔。另一种是垂直方向开孔，这样我们可以 大致了解开孔方向对反应的影响。在其它反应条件固定的情况下，对以下四种不 同形状通气管进行了研究，其结构简图见图2 - 2 。 + p 令一 r 。 弹书一 8 o 了 图2 2 四种不同的出气管 一 说明：阴影处为出气管口开孔处，箭头所示方向为环氧乙烷出气方向。 ( 3 ) 反应构件的结构比较结果及分析 为考察环氧乙烷通气管对反应的影响，我们将乙二胺中含水量定为1 5 。环 氧乙烷通气速度定为1 5 m l m i n ，环氧乙烷导入温度定为3 0 。四种反应构件结 构的开孔面积相等，反应时间以乙二胺液滴滴落缓慢( 我们取平均每分钟滴落 1 0 滴) 为反应终点。试验结果见图2 3 。 9 5 8 0 012345 图2 - 3 选择性、收率随环氧乙烷通气管变化示意图 由图2 2 可以看出，a 型出气管口由于出气孔朝上，液体乙二胺量进入出气 管头部形成积液，使环氧乙烷与之反应时间过长，容易发生副反应。在a 型的 基础上于底部加上气孔即成b 型出气管，尽管b 型无积液，但a 、b 型出气管 中环氧乙烷的出气方向和乙二胺液滴的方向平行，导致气液两相接触时间过长， 副反应增加，所以两者的选择性、收率相近，且都不高。出气管出口处改成在一 扁圆柱的侧面开孑l ，上下面各连一圆锥即成c 型装置，滴下的乙二胺经锥面分 布再流过柱面，与侧向喷出的环氧乙烷垂直相交，发生快速反应，产物经下锥面 汇集于锥顶而流入下端小漏斗。但c 型仍然有少量的乙二胺自柱面开孔进入管 口形成积液，所以在下锥顶开孔即成d 型出气管，由于c 、d 型装置使反应物垂 直接触，能发生很好的快速反应，所以收率、选择性比a 、b 型高。因而在以后 实验中，我们选择d 型通气管。 2 6 2 乙二胺中含水量对反应的影响 为了考察乙二胺中含水量对反应的影响，我们固定其它反应条件，环氧乙烷 通气速度为1 5 m l ，m i n ，环氧乙烷导入温度为3 0 ，d 型反应构件，乙二胺中含 水量分别取0 ，5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 ，2 5 。试验结果见表2 2 和图2 4 。 表2 2 乙二胺中含水量对反应终止时间的影响 051 01 52 02 5 乙二胺中含水量， 图2 4 选择性、收率随乙二胺中含水量的变化关系图 踮 两 似 晒 由表2 2 和图2 4 可以看出，随着原料乙二胺中含水量的增加，反应达到终 点所需的时间显著减少，而与此同时，选择性和收率却有较大幅度的提高，这是 由于随着含水量的增加，乙二胺和水形成的共沸物更容易被蒸发，减少反应时间， 而最终产物中含水量的增加必然会降低终点时反应混合物的沸腾温度，由于水的 存在稀释了反应液，从而避免了与环氧乙烷的进一步反应，减少了副产物。 但需要注意的是，虽然含水量的增加有利于反应的选择性和收率，但会造成 反应过程难以控制；首先，含水量的增加使得乙二胺难以冷却，需要成倍加大冷 凝量，这在工业生产中就会大量增加能耗。其次，由地水蒸汽在反应区温度下不 能冷凝，所以大量环氧乙烷未反应即从水蒸汽吸热膨胀而通过冷凝区，从而浪费 了很多环氧乙烷。所以，含水量不是越多越好，应根据装置选取适当的值。 2 6 3 环氧乙烷通气速度对反应的影响 乙二胺与环氧乙烷的反应为一快反应，在反应过程中，有较大量二羟乙基乙 二胺生成，这是因为生成物n b 一羟乙基乙二胺在反应体系中能继续与环氧乙烷 反应生成二取代物，甚至三取代物、四取代物。为了减少副反应的发生，尽可能 多的获得n b 一羟乙基乙二胺，通常要加大乙二胺与环氧乙烷的比例，使胺大大 过量。因而我们有必要对环氧乙烷的通气速度进行优选。 为了考察环氧乙烷通气速度对反应的影响，我们固定其它反应条件，乙二胺 1 3 5 9 ，水2 0 2 5 9 ，即乙二胺中含水量为1 5 ，环氧乙烷导入温度3 0 ，d 型反 应构件，环氧乙烷通气速度分别取5 m l ，m i n ，1 0 m l m i n ，1 5 m l n i i n ，2 0 m l m i n 。 2 5 m l m i n 。试验结果见表2 3 和图2 5 。 表2 - 3 环氧乙烷通气速度对反应时间终止的影响 6 0 环氧乙烷通气速度，m l ，m i n 图2 。5 选择性、收率随e o 通气速度的变化关系图 由表2 3 和图2 5 可以看出，随着环氧乙烷通气速度的增加，反应所需时间 明显缩短，但选择性和收率也明显降低。这是因为，环氧乙烷通气速度越小，乙 二胺与环氧乙烷的比例越大，反应区乙二胺大大过量，减少了副反应的发生。 2 6 4 环氧乙烷导入温度对反应的影响 在反应区乙二胺和环氧乙烷发生气液相快速接触反应，生成n 8 羟基乙二 胺，反应区的温度取决于乙二胺冷凝液的温度和环氧乙烷的导入温度。由于乙二 胺冷凝液的温度基本维持在冷凝温度，所以，实际上反应区的温度，随环氧乙烷 的导入温度正向变化，因而我们需对环氧乙烷的导入温度进行优选。我们固定其 它反应条件，环氧乙烷通气速度1 5 m u m i n ，乙二胺1 3 5 9 、水2 0 2 5 9 ( 即乙二胺 中含水量为1 5 ) ，d 型反应构件，分别取环氧乙烷导入温度为1 0 、2 0 、3 0 、4 0 、5 0 、6 0 ，试验结果见表2 - 4 和图2 6 。 表2 4 环氧乙烷导入温度对反应终止时间的影响 鲫 踮 鲫 他 伯 环氧乙烷导入温度， 图2 6 选择性、收率随环氧乙烷导入温度的变化关系图 由表2 4 和图2 6 可以看出，环氧乙烷的导入温度不能太高，否则由于导入 温度过高，而使得环氧乙烷挥发损失加大，从而增加反应所需时间，同时选择性、 收率也随之降低。环氧乙烷的导入温度影响反应温度，从而使后者偏离最佳反应 温度，因此环氧乙烷的导入温度不宜过高。 2 6 5 反应所用时间对反应的影响 前述各试验均以乙二胺冷凝液滴落缓慢为反应终止时间，本次单独考察反应 时间对反应的影响。乙二胺与环氧乙烷为一气液两相快速接触反应。随着反应进 行，乙二胺的冷凝量逐渐减少，而环氧乙烷的通气速度仍维持原通气速度不变， 因而，反应时间越长，乙二胺与环氧乙烷在反应区的比例将有所降低而增加了副 反应发生的可能性。基于以上猜想，我们有必要对反应所需时间进行了优选。我 们固定其它反应条件，乙二胺1 3 5 卧水2 0 2 5 9 ( 即乙二胺中含水量为1 5 ) 。e 0 通气速度1 5 m l ，m i n ，e o 导入温度3 0 ，d 型反应构件，分别取反应时间为6 i l r 、 8 l l r 、1 0 t l r 、1 2 1 1 r ，试验结果见图2 7 。 鲫 两 阳 + 收率 h 选择性 1 01 21 4 反应时间，h r 图2 7 选择性、收率随反应时间的变化关系图 由图2 7 可以看出，随反应时间的延长，其收率、选择性降低，这是因为反 应时间的延长，乙二胺的冷凝量减少，从而导致环氧乙烷在反应区内的局部过量， 增加了副反应的进行，因此我们应该选择较适宜的反应所需时间。 2 7 正交试验【4 7 j 通过单因素试验，已经确定了各影响因素的大致范围，但乙二胺中含水量、 环氧乙烷通气速度、环氧乙烷导入温度以及反应所需时间这四项因素的影响是比 较复杂的，因此我们选择b ( 3 4 ) 正交表进行正交试验，对这四个因素进行优选， 采用d 型反应构件。 正交试验水平表如表2 5 所示。 表2 5 正交试验水平表 正交实验安排及实验结果见表2 ，6 。 站 鲫 筠 伯 表2 6l 9 ( 3 4 ) 正交表 四因素不同水平对收率的影响分析见表2 7 和图2 - 8 图2 一1 1 。 表2 7 正交试验安排及试验结果 l1 0 l o2 068 1 3 0 21 0 1 53 08 9 0 5 0 31 0 2 04 01 0 7 2 8 0 41 5l o3 0 1 08 4 6 0 51 51 54 0 69 2 8 0 61 5 2 02 08 7 4 2 0 72 01 0 4 08 8 9 4 0 82 0 1 52 01 0 8 5 9 0 9 2 02 03 0 68 7 8 0 四因素不同水平对收率的影响分析见表2 5 和图2 6 2 - 9 。 表2 5 四因素不同水平的收率的影响 1 01 52 02 5 乙二胺中含水量， 图2 8 乙二胺中含水量对反应收率的影响 51 01 52 0 收率， 环氧乙烷通气速度，m l ，m i n 图2 9 环氧乙烷通气速度对反应收率的影响 3 0 朽 两 加 鼬 蛐 环氧乙烷导入温度， 图2 1 0 环氧乙烷导入温度对反应收率的影响 反应时间，h r 图2 1 1 反应时间对反应收率的影响 由表2 7 和图2 6 图2 9 可以看出，环氧乙烷通气速度对收率的影响最大， 环氧乙烷导入温度影响次之，乙二胺中含水量和反应时间对收率的影响相当，且 较小。 以反应收率为考察指标，该合成过程的最佳工艺条件为： 乙二胺中含水量2 0 ，环氧乙烷通气速度1 5 m l m i n ，环氧乙烷导入温度3 0 ，反应时间6 i l r 。 2 8n b 羟乙基乙二胺产品的理化指标测定 2 8 1 产品理化指标 n b - 羟乙基乙二胺理化指标测定结果见表2 8 。 表2 - 8n b - 羟乙基乙二胺理化指标及测定结果 。 指标实测值 测定方法 理论值 外观微黄色粘稠液体 色泽( a p h a ) 4 7 5 1 比重( 2 0 )1 0 2 7 1 0 3 0 目测法 比色板 比重计 折光率( 疗猡) 1 4 6 8 5 阿贝折射仪 无色透明液体 5 0 1 0 2 5 一l _ 0 2 7 纯度 9 9 3 4 气相色谱法9 9 2 8 2 红外光谱分析 粗产品经减压分馏纯化。红外光谱仪分析产品( 即n b 羟乙基乙二胺) 的 结构，其鉴定结果( 3 3 6 8 6 5 ( 一o h _ n h 2 n h ) ，2 9 4 3 4 3 ( c h 2 ) ，1 5 6 9 1 5 ( c _ n ) ，1 1 9 7 7 ，1 0 5 2 1 2 ( c o ) ) 与n - b 一羟乙基乙二胺标准图谱相一致， 其标准图谱与产品n - b - 羟乙基乙二胺的分析图谱见图2 1 2 和图2 1 3 。 2 。8 。3 气相色谱分析【4 8 】川 ( 1 ) 仪器及试剂 仪器：g a sc h r o m ：r d g r a p hg c ，9 a ( f i d ) 。 试剂：无水乙醇( 分析纯) ，a e e a 纯品( 经减压蒸馏精制) ， ( 2 ) 色谱操作条件 色谱柱：2 4 0 0 3 m m 不锈钢柱；固定相：5 7 0 v 3 涂于4 0 5 硅烷化载体 ( 6 0 8 0 目) ；柱温：1 2 3 ；检测器温度：1 6 0 ；气化室温度：1 7 0 ；载气： n 2 4 4 m i n ：h 2 3 7 m l ，m i n ；a i r5 0 0 m l m i n ；灵敏度( 衰减) ：1 ：5 0 0 0 。 ( 3 ) 定性分析 采用纯样对照法，用保留值定性，保留值：乙二胺1 0 2 8 分、a e e a 2 7 0 8 分， 由于采用f i d ，样品中的水不出峰，副产物沸点很高，也不流出。 ( 4 ) 定量分析 标准样品的配制及线性范围的测定 秘匝畚嗣省门糊fz嫩釜-n咯k n i n 匝 于称量瓶中准确称取0 1 - o - 2 9 a e e a 纯品( 精确至o 0 0 0 2 9 ) ，用注射器注 入适量无水乙醇，摇匀后立即称重，则得到已知a e e a 含量的标准样。为避免 乙醇乙二胺的挥发及a e e a 的吸湿，称量瓶应带胶盏，标准样配好后，将瓶 口密封即可备用。 用几种不同浓度的标准样在前述操作条件下测定线性范围( 进样量：o 8p1 ) ， 分析图谱见附图l 。结果列于表2 9 ，并绘制出a e e a 与a e e a 峰面积的关系 图( 见图2 1 4 ) 。 1 0 2 0 0 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 叩口5 0 - 6 0 0 0 0 0 a e e a 峰面积 图2 - 1 4 标准曲线图 表2 9 不同浓度的标准样色谱图中的a e e a 峰面积 标准样中a e e a 含量( )a e e a 峰面积 4 3 8 6 0 1 1 4 4 ，9 8 6 1 2 5 0 1 0 6 2 1 2 7 9 4 1 1 5 2 3 2 0 7 6 0 l 19 9 1 2 9 7 0 1 9 2 4 9 3 3 8 6 3 2 5 3 0 o o 5 0 7 4 1 0 2 5 f ； ； 巧 卸 圬 坩 5 o 删m含量摹v ( 5 ) 被测样的准备 将各类样品用无水乙醇准确稀释至所需浓度( 一般为1 5 左右) ，部分产品 分析图谱见附图2 。 ( 6 ) 测定步骤及计算 用微量注射器分别注入0 8u ( 1 5 左右的标准样品和经稀释的被测样) ，测 量a e e a 峰面积，按式2 1 计算被测样( 未稀释的被测样) 中a e e a 的含量。 a e e a ：! 堕：兰墨! 堡堑。1 0 0 ( 2 一1 ) s 标。原样 式2 1 中： s 稀经稀释的被测样色谱图中a e e a 的峰面积； s 标标准样色谱图中a e e a 峰面积： 原样原被测样占稀释后样品的重量百分数。 本文的评价指标为f s 2 j ： 环氧乙烷为关键组分 收率：竺壁坠黑笔篆黎笔辈1 0 0 加入系统中环氧乙烷量 选择性= 堡型篆寿蕊集篆辔堕圳。 第三章宏观动力学 3 1 气液动力学概述f 5 3 】【5 4 】 气液反应是当今化学、化工和生物化工界十分感兴趣的学科领域。据统计， 1 9 8 0 年在各种有关化学工程学的主要杂志上发表的论文中，涉及气液反应的研 究论文，约占2 5 。其原因很简单：气液反应在化工、石油化工、能源、生物技 术、生理学和生态学许多方面具有重要意义这些全是人们日益普遍关注的问 题。 从国际范围来看，气液反应的基础研究方面，尚存在很广阔的领域需要深入 探讨。而且，也正是这些尚待深入探讨的领域与化工、石油化工等方面的关系更 加密切。 从国内情况看，气液反应的基础研究，尤其是有待深入探讨的领域，基本上 处于起步或只是着手准备阶段。与此同时，近二十年来我国引进了许多大型气液 反应技术和装置。它们有待进一步消化，吸收和发展。我国原有的烃类氯化、硝 化、烃化和磺化等技术也有待技术改造。 此外，气液反应理论也是低压聚合、液相加氢，好气性发酵等气一液一固三 相反应理论的重要组成部分。 。 鉴于上述原因，许多国际化工学术界的著名学者，如a s t 撕t a 。d a n c k w e n s s h a l ，s h a n n a ，d e c k w e r ，c h a r p e n t i e r ，佐田荣三等人，都广泛进行了气液反应研究， 并于本世纪6 0 年代后期开始，相继出版了六种版本的有关气液反应的专著和一 系列长篇综述性论文。 气液反应主要是指气体在液体中进行的化学反应。在气液反应体系中，至少 有一种反应组分以气体形式存在，而液体可以是反应组分，也可以是含有反应组 分、反应催化剂的溶液或者悬浮液。带有气体解吸的液相反应也属气液反应研究 范畴。 由于气液反应是气体在液体中进行的化学反应，因此，对任一气体反应分子 而言，都必须先溶解于液体之中才有可能发生化学反应。换言之，对任一气液反 应分子面言，需先行传质而后反应，即传质与反应构成一个串联体系。在这个串 联体系内，气液传质和液相中的化学反应相互影响，相互制约。这是气液反应体 系的最基本的内在规律。 气液反应器是进行气液相间传递与反应的场所。气液反应器的结构和操作条 件决定着气液反应器的传递特性。这种传递特性的变化规律，直接影响气液反应 器内的化学反应。 因此，液相中的化学反应和气液反应器的传递特性作为一个整体，构成了一 个复杂的、相互影响，相互制约的统一体一气液反应体系。在这个体系内，气液 传质和化学反应之间的相互影响和制约的规律，简称为传质一反应规律。该规律 是气液反应宏观动力学的研究内容气液反应宏观动力学，是气液反应器的设计 与放大的基础之一。 气液反应用于工业生产，已有1 7 0 余年的历史。早在1 8 3 6 年英国人便用水 吸收氯化氢气体。1 8 4 2 年建立了铅室法生产硫酸的气液吸收装置。1 8 6 6 年实现 了s o l v a y ( 索尔维) 法制碱，用鼓泡搅拌槽式反应器作吸收器；1 8 9 2 年又建成 了s o l v a y 塔吸收n h 3 和c 0 2 。这就是历史上出现最早的搅拌槽式和鼓泡塔式气 液反应器。1 9 1 4 年法国人发明拉西环填料，1 9 3 1 年发明弧鞍形填料，1 9 5 0 年出 现矩鞍形填料。 本世纪5 0 年代石油化工的兴起，提出了轻烃的工业应用问题，人们开发了 液体催化剂。其中，过渡族元素的金属离子或配位络合催化剂的开发，实现或完 善了烃类液相氧化法高效益地大规模生产多种具有重要使用价值的化学品，大大 推动了气液反应研究的发展。本世纪7 0 年代以来，生物化学法制单细胞蛋白和 氨基酸以及医学化学工程的兴起，使气液反应研究领域锦上添花，别开生面。现 在人们已能用生物化学方法在实验室里以石油为原料生产出石油化工产品，如环 氧氯丙烷等。同一对期，人们对环境以及生态，能源资源的综合利用、日益关切。 气液反应研究中，尚存在着很广阔的领域需要深入探讨。而且也在这些领域与工 业、能源、生物技术、生理和生态等方面的关系十分密切。例如，超临界条件下 的气液反应，第三相的附加效应，大分子体系扩散膜厚的粒子效应，离子交换膜 内的气液反应，生物酶膜内的气液反应，高粘度浆液中的气液反应，非牛顿流体 中的气液反应，气液反应体系内的能量耗散，高温高压下气液两相体系的传递特 性。大型气液反应器的模拟与放大，新型气液反应器的丌发等等，人们知之甚少， 且认识上往往多有出入或带有很大局限性【5 5 】。 本论文的研究中，我们力求以相关理论作为指导，建立该反应体系的气液宏 观动力学，以希望对今后的工程放大提供相关的试验数据。 为了实现某一反应，要选定适宜的条件及反应器结构形式：确定反应器的尺 寸和它的处理能力等等。这些都紧紧依赖于对反应动力学特性的认识。因此，动 力学乃是反应工程学的一个重要基础内容。不了解动力学而从事反应过程的开发 和进行反应器的设计，总不免要带有或多或少的盲目性，甚至多走弯路而未能达 到预期的目标【5 6 】。n b 羟乙基乙二胺为一气液两相反应，虽然国内外已对其工 艺进行了大量研究，但至今未见国内外对其扩散一反应动力学的详细报道。因此 我们有必要对其进行研究，为工程设计和放大过程提供依据。 3 2 气液相扩散一反应过程的理论基础【5 7 】 【6 0 】 气液相反应过程是指气相中的组分必须进入到液相中才能进行反应的过程。 反应组分可能是一个在气相，另一个在液相，也可能两个都在气相。但需进入含 有催化剂的溶液中才能进行反应。众所周知的化学吸收就是气液相反应过程的一 种。 气液相反应过程在工业上通常被用于：( 1 ) 制取化工生产的产品，例如有乙 烯与氯气通入悬浮有三氯化铁的二氯乙烷溶液制取二氯乙烷，用乙烯和氧气通入 p b c l c u c l 2 的醋酸冰溶液制取乙醛，用氧气通入含醋酸锰的乙醛溶液制醋酸等 等；( 2 ) 除去气相中某一有害组分，例如合成氨生产中除去原料气中h 2 s ，二氧 化碳等，硫酸厂及发电厂尾气中消除二氧化硫等；( 3 ) 从尾气中回收有用组分等。 总之，在石油化工，无机化工及生物化学工程等领域有许多气液反应过程的实例 并越来越显示它们的重要性。 3 2 1 气液反应的步骤 气液反应过程必然是反应物中有一个或一个以上组分存在于气相，但并非所 有反应组分均在气相，因此在气相中并没有化学反应发生。在反应过程中气相中 反应组分进入液相的过程是个传质过程。气液反应过程的理论基础是由同本学者 八田四郎次在双膜理论的基础上于1 9 2 8 1 9 3 2 年完成的，虽然，后来又出现了溶 质渗透理论，表面更新理论等描述气一液反应过程的模型。然而无论哪一种模型 都未能说明气液反应过程的全部问题。此外，对实际过程用不同模型处理的结果 相差并不大。因此，为方便问题的叙述，将气相中组分进入液相的过程用双膜模 型来描述。 气液反应过程的步骤如下： ( 1 气相中反应组分由气相主体透过气膜扩散到气液界面。 ( 2 ) 该组分进入液相后通过液膜扩散到液相主体。 ( 3 ) 进入液相的该组分与液相中反应组分进行反应生成产物。 ( 4 ) 产