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第八章气液相反应器 8气液相反应过程与反应器 8 1概述8 2气液反应动力学8 3气液反应器 8 1概述 气相 反应 1 气液相反应过程 2 气液相反应过程的工业应用 8 1 1气液反应的步骤 3 液相中的化学反应A resolve B l R g 图8 1气液相反应过程 8 1 2气液反应过程的计算关系式 双膜模型组分A相际传质如图8 2所示 图8 2双膜模型组分A相际传质的示意图 按照双膜理论模型 在气液相界面处A组分达到平衡状态 即 A组分由气相主体扩散到气液相界面的速率方程为 A组分由气液相界面扩散到液相主体的速率方程为 结合膜传递系数的定义 若液相中存在化学反应 则导致液膜较纯物理过程的液膜变薄 如图8 3所示 则气膜中 液膜中 8 2气液反应动力学 8 2 1气液反应过程的基础方程 假定气相中A组分与液相中B组分的反应过程按双膜模型进行 气相中A组分向气液相界面扩散的速率为 A组分由气液相界面向液相主体扩散的速率为 过程在定态下操作时 组分A与B在液相中进行化学反应 气液反应过程的基础方程 在液膜内取一厚度为dl 与传质方向垂直的面积为S的体积作为单元体积 在该单元体积中作物料衡算 单元体积 单元体积 所以 物料衡算为 A 单元体积 A 单元体积 消耗的A量 单元体积 累积的A量 0 同理 B物质的物料衡算为 上述微分方程有两个边值条件 另一个将根据不同的情况有不同的值 大体可分为以下六种 第三节气液反应器 3 1工业上常用的气液反应器 图气液反应器的主要类型 a 填料塔 b 喷淋塔 c 板式塔 d 鼓泡塔 e 搅拌反应器 f 管式反应器 二填料式反应器的计算 1 反应器的特点 液体在填料表面呈液膜状向下流动 主体相的量很少 气液相的接触面积为填料的表面 气液相的传质过程可按双膜模型计算 2 反应器的应用 适用于瞬间反应过程及快反应过程 3 反应器的工艺计算塔径的计算 填料层高度的计算 其中 为常数 式中kAG和kAL分别为A组分在气相和液相中的传质系数由下式计算可得 三鼓泡塔式反应器的计算 半连续操作的鼓泡塔式反应器定义 液体一次加入 气体连续通入反应器底部 以气泡形式通过床层 最后从顶部逸出 直到液相中组成达到要求时停止送气且将液体作为成品排出反应器简化的物理模型 气相在反应器内流动为平推流 气体分压随高度呈线性变化 液相在塔内为全混流 在操作过程中液体的物性参数是不变的本节讨论中速反应和慢反应过程 如右图所示对体积单元做物料衡算联解以上方程可得气体出口组成 反应时间 计算中用到的参数 气泡直径球形直径 非球形时用平均直径 气泡上升速度 气含率 塔径大于30cm时 比相界面积 液相传质系数 由上式可计算kAL值 连续操作的鼓泡塔式反应器 当气体和液体均为连续操作 且塔高与塔径之比较大时 气体可视为平推流 液体
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