氣液相反應(yīng)和反應(yīng).ppt

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1、氣液相反應(yīng)和反應(yīng)器分析化環(huán)學(xué)院晉梅概述氣液反應(yīng)過(guò)程氣相反應(yīng)物溶解于液相后，再與液相中的反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)的一種非均相反應(yīng)過(guò)程主要用于直接制取產(chǎn)品，如環(huán)己烷制取乙二酸，乙醛氧化制乙酸，氣態(tài)二氧化碳和氨水反應(yīng)制取碳酸氫銨化學(xué)吸收，脫除氣相中某一種或幾種組分，如熱鉀堿或乙醇胺溶液脫除合成氣中的二氧化碳，用銅氨溶液脫除合成氣中一氧化碳等1.氣液相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)是由日本學(xué)者八田四郎次在雙膜理論的基礎(chǔ)上完成的用于氣液相理論的研究還有表面更新理論和溶質(zhì)滲透理論三種模型在實(shí)際過(guò)程中的應(yīng)用結(jié)果相差不大用雙膜理論來(lái)描述更為合適氣相反應(yīng)物A與不揮發(fā)的液相反應(yīng)物B進(jìn)行反應(yīng)反應(yīng)過(guò)程分壓為pA的反

2、應(yīng)物A從氣相主體傳遞到氣液界面在界面上A的氣相分壓為pAi，液相濃度為cAi，兩者處于相平衡狀態(tài)反應(yīng)物A從氣液界面?zhèn)魅胍合?，在液相?nèi)濃度為cA的A與濃度為cB的B進(jìn)行反應(yīng)氣液相反應(yīng)過(guò)程存在反應(yīng)相外部的質(zhì)量傳遞和反應(yīng)相內(nèi)部的傳質(zhì)和反應(yīng)同時(shí)發(fā)生的過(guò)程1.1氣液反應(yīng)過(guò)程的基本方程氣液相反應(yīng)中的傳遞過(guò)程方向氣相組分A由氣液界面向液相主體傳遞液相組分B由液相主體向氣液界面?zhèn)鬟f氣液組分的濃度分布采用雙膜理論進(jìn)行分析時(shí)，組分A和B的濃度梯度僅存在于液膜內(nèi)，在液相主體中的濃度梯度為0如虛線所示反應(yīng)的物料衡算在液相內(nèi)離相界面為z處取一厚度為dz的微元體達(dá)到定常態(tài)時(shí)---A組分物料衡算擴(kuò)散

3、進(jìn)入該微元體的組分A的量-由該微元擴(kuò)散出去的組分A=微元體中反應(yīng)掉的組分A的量組分A和B反應(yīng)級(jí)數(shù)為一級(jí)，DA為常數(shù)B組分的物料衡算求解邊值條件表明穿過(guò)液膜進(jìn)入液相主體的組分A將在主體中和組分B進(jìn)行反應(yīng)---穿過(guò)液膜的擴(kuò)散量等于主體中的反應(yīng)量八田數(shù)單位反應(yīng)器體積中液相總體積和液膜體積之比八田數(shù)無(wú)化學(xué)反應(yīng)時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)物理意義類似于氣固相反應(yīng)中的Thiele模數(shù)八田數(shù)可作為氣液相反應(yīng)中反應(yīng)快慢程度的判據(jù)Ha>3，屬于反應(yīng)在液膜內(nèi)進(jìn)行飛速反應(yīng)或快速反應(yīng)Ha<0.02，屬于反應(yīng)在液相主體中進(jìn)行慢反應(yīng)0.02

4、不可逆反應(yīng)若液相組分B大量過(guò)剩，液相中組分B的濃度視為常數(shù)反應(yīng)速率方程按照一級(jí)反應(yīng)處理方程方程的通解組分A在液膜內(nèi)的濃度分布組分A在液膜內(nèi)的濃度分布濃度分布為Ha和?的函數(shù)同時(shí)還可計(jì)算出伴有化學(xué)反應(yīng)時(shí)通過(guò)液膜的傳質(zhì)通量K1為伴有化學(xué)反應(yīng)時(shí)的液相傳質(zhì)系數(shù)增強(qiáng)因子E有化學(xué)反應(yīng)時(shí)的液相傳質(zhì)系數(shù)與無(wú)化學(xué)反應(yīng)時(shí)的液相傳質(zhì)系數(shù)之比增強(qiáng)因子E化學(xué)反應(yīng)對(duì)過(guò)程有加速作用加速作用實(shí)質(zhì)表現(xiàn)在由于反應(yīng)存在改變了液膜內(nèi)反應(yīng)物的濃度梯度E為有反應(yīng)時(shí)和無(wú)反應(yīng)時(shí)的濃度梯度之比液膜傳質(zhì)阻力忽略時(shí)，通過(guò)界面的傳質(zhì)通量表達(dá)等于液相主體均相反應(yīng)速率計(jì)算液相有效利用率---JA與RA的比值液相有效利用率定義：氣

5、液反應(yīng)過(guò)程中液相利用程度的度量物理意義：與氣固相催化反應(yīng)中的內(nèi)部效率因子相當(dāng)當(dāng)JA=RA時(shí)，液相有效利用率為1，整個(gè)反應(yīng)在液相中進(jìn)行，表明反應(yīng)是相對(duì)于傳質(zhì)十分緩慢的反應(yīng)在嚴(yán)重的擴(kuò)散限制下，JA<

6、Ha兩個(gè)參數(shù)均為Ha和液相總體積與液膜體積之比?的函數(shù)根據(jù)Ha和?的定義Ha很小，大，則存在過(guò)程由物理傳質(zhì)速率決定，化學(xué)反應(yīng)僅在液相主體的某一區(qū)域內(nèi)進(jìn)行增強(qiáng)因子E和液相利用率?根據(jù)Ha和?的定義Ha很小，小，則存在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程將在液相中進(jìn)行，過(guò)程速率由均相反應(yīng)速率決定1.3不可逆飛速反應(yīng)當(dāng)反應(yīng)速率非常大時(shí)，不僅反應(yīng)物A在液膜內(nèi)被完全耗盡，反應(yīng)物B的濃度在液膜內(nèi)也將逐漸下降簡(jiǎn)化處理當(dāng)反應(yīng)飛速反應(yīng)，反應(yīng)僅僅發(fā)生在液膜內(nèi)的某一個(gè)平面上時(shí)，可以獲得簡(jiǎn)化處理非線性方程飛速反應(yīng)反應(yīng)過(guò)程液膜內(nèi)存在一反應(yīng)面，當(dāng)自氣液界面向液相主體擴(kuò)散的組分A和自液相主體向氣液界面擴(kuò)散的組分B在反應(yīng)面上

7、相遇時(shí)，相互反應(yīng)而耗盡，也就意味著反應(yīng)面上組分A和B的濃度均為0定常態(tài)下，組分A從氣相主體擴(kuò)散到氣液界面的量和從氣液界面擴(kuò)散到反應(yīng)面的量應(yīng)相等，且和組分B從液相主體擴(kuò)散到反應(yīng)面的量符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系定態(tài)條件下的擴(kuò)散通量之間的關(guān)系同時(shí)考慮氣膜阻力和液膜阻力時(shí)，飛速反應(yīng)的速率計(jì)算式僅考慮液膜阻力時(shí)飛速反應(yīng)的增強(qiáng)因子飛速反應(yīng)的增強(qiáng)因子與反應(yīng)速率常數(shù)無(wú)關(guān)飛速反應(yīng)的增強(qiáng)因子與八田數(shù)也無(wú)關(guān)只有提高液相中B的濃度，才能提高飛速反應(yīng)的增強(qiáng)因子原因：濃度的提高，使得反應(yīng)面向氣液界面推移，組分A在液膜中的擴(kuò)散距離縮短極限情況：反應(yīng)面與氣液界面相重合反應(yīng)面與氣液