8气液相反应过程与反应器ppt课件

第八章 气液相反应过程与反应器 1 概述 气液反应过程指一个反应物在气相 另一个在液相 气相反应物需进入液相才能反应 或两个反应物都在气相 但需进入液相与液相的催化剂接触才能反应 与化学吸收过程极为相似 2 3 液相 4 积分上式 得 可以据此计算反应时间 式中的各参数由经验方程计算 连续流动鼓泡塔计算 5 上式的关键是YA与 rA的关系 是气相组成 而反应发生在液相中 因此涉及到传递现象 并且和液相的流型相关联 鼓泡塔中流型复杂 存在不同的区域 如安定区和湍动区 6 气液反应的步骤 气液相反应 反应物和产物至少有一个存在于液相中 其中典型的是气体的反应吸收 更具有普遍意义 A g B l C g 其宏观反应历程为 1A从气相主体向气液界面扩散 2A在气液界面处溶解于液相 3溶解于液相的A向液相内部扩散 在扩散的同时与液相中的B发生反应 4液相中的产物C透过液膜扩散到气液界面 5产物C由气液界面扩散到气相主体 基本理论 双膜理论与物理吸收的差别在于在液相主体和液膜中存在化学反应 反应速率的快慢直接影响了吸收的速率 反应历程亦为连串过程 反应速率决定了控制步骤的所在 7 8 物理吸收过程的双膜理论模型气液两相间存在着稳定的相界面 界面两侧分别存在滞留膜 组份通过在滞留膜中稳定的分子扩散进行传质 传质阻力完全存在于滞留膜中 9 根据双膜理论的物理模型 可以写出 10 因此可以写成 11 扩散物A在液膜中的化学反应 使液膜较物理过程的液膜变薄 由变为 注意液膜是流体力学特性 而变薄的液膜就不单纯是流体力学的概念了 L 12 则 13 气液反应动力学 14 在液膜内取一微元体 在定常态下 对A组份作物料衡算 服从Fick扩散定律 15 16 模型分析 模型是以存在稳定的膜为前提 即 不论气液相主体如何扰动 相界面上滞留膜总是稳定存在 随着气液相流动状况的不同 气液膜的厚度不同 强化传质要通过增加扰动改变膜厚度实现 传质与反应速率的不同 得到不同的膜内浓度分布 17 极慢反应传递速率远比反应速率快得多 液相中溶解的A接近其饱和溶解度 化学反应在液相主体中进行 反应速率代表了A的传递速率 18 慢反应反应在液相主体中进行 但速率较传递速率为大 液膜中的反应可以忽略 即 rA视为0 与物理吸收相同 19 中速反应反应在液相主体与液膜中同时进行 20 令方程转变为 21 继续推导 22 恒大于1 曲线下凹 八田数决定了 0 1 0 ch 1 th 1 23 快速反应反应仅发生在液膜区 组份在液膜区已全部反应掉 在液相主体区没有A 因此液相主体中没有反应 24 cBi不一定为0 与中速反应的区别在于cAL为0 即在液相主体中没有A G L pA pAi cBL cAi 25 瞬时反应过程A与B之间的反应进行得极快 以致于A与B不能在液相中共存 在液膜区存在一个反应面 此面上AB的浓度均为0 26 反应面左侧 只有A 没有B 因此 在此区域 为纯物理扩散 反应面右侧 只有B 没有A 因此 在此区域 亦为纯物理扩散 27 解之 得 反应面的位置 28 代表了反应面的位置 1 反应面在液膜位置上 反应面与气液界面重合 29 意味着B在液膜中的扩散远远大于A组份的扩散或B的浓度远大于A 在反应面与气液界面重合的情况下 B组份在液相主体中的浓度称为在气相A分压下的临界浓度 若此时cBL cBL临 液相中将不再有A 30 只要是瞬时反应过程 就存在反应面 而反应面的位置 取决于AB的浓度和扩散速率 反应面向相界面移动 刚好接触时的cBL即为cBL临 不仅液相主体没有A 而且连液膜内也没有A cAi 31 气液反应动力学小结两个重要参数 化学增强因子 和八田数 f cAi cAL f k DAL L 宏观反应速率最终取决于反应物A的反应特性k 传递特性DAL和体系的流体力学特性 L 强化宏观反应速率需要提高k DAL 减小 L 当然还与气相传递特性有关 32 决定了反应是快是慢 是否存在反应面 反应在何处进行 判据 2属于瞬间反应或快反应过程 宜选用停留时间短的反应器 如填料塔 0 02 2为中速反应 反应大量在液相主体进行 宜选用持液量大的反应器 如鼓泡塔 0 02属于慢反应 33 气液反应器 气液反应器有许多类型 常见的有 34 填料塔式反应器计算反应器特点 液体沿填料表面向下流动 持液量小 气液接触界面近似等于填料表面积 气液传质过程可以按双膜理论计算 适用于瞬间反应及快反应过程 塔径计算 取0 6 0 8倍液泛速度为空塔操作气速u V为体积流量 35 填料层高度计算取塔内微元高度dl对气相作物料衡算 36 快反应及瞬间反应cAL 0 微元体内的相接触面积近似为填料面积 为填料比表面 气相中的A分压用比摩尔分率表示 37 代入前式可得 38 kGA kLA有经验公式可算 气相视为平推流操作 由于视cAL 0 与液相流型无关 反应级数体现在 中 因为是快速反应 传质阻力主要存在于气膜之中 填料高度的最直接影响因素为摩尔流量 总压 填料比表面及出入口浓度差 与物理吸收的差别仅在于 如果 1 相当于用大量的液体吸收气相中的A 39 鼓泡塔式反应器的计算液相是连续相 气相是分散相 鼓泡塔反应器的操作分两种 连续与半连续 所谓半连续是指液体一次加入 达到反应要