（化学反应工程）气液相反应器-课件.ppt

1、第八章第八章 气液相反应器气液相反应器1PPT课件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2PPT课件8.1 概述气相液相扩散反应1、气液相反应过程2、气液相反应过程的工业应用 如：C2H4和O2通入PdCl2-CuCl2的醋酸水溶液生产乙醛等。（1）制取化工产品 如：合成氨生产中除去H2S、CO2等。（2）除去有害组分 （3）回收有用组分3PPT课件8.1.1 气液反应的步骤反应组分A气相主体(1)气膜相界面反应组分A液相主体(2)液膜相界面(3)液相中的化学反应A(resolve)+B(l)R(g)产物R液相主体(4)液膜相界面产物R气相主体(5)气膜

2、相界面气相主体气膜液膜相界面z液相主体图8-1 气液相反应过程AR4PPT课件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：相界面z气相主体PGA液相主体cAL气膜PAPAIG液膜cAIcAL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：AIAIHcpA组分由气相主体扩散到气液相界面的速率方程为：SppDdtdnAIAGGAGA)(A组分由气液相界面扩散到液相主体的速率方程为：SccDdtdnALAILALA)(结合膜传递系数的定义：LALALGAGAGDkDk,5PPT课件AGAGAGALAGAGALAGAGAGA

3、LALAIAGAIAGALAIALAIAGAGAkHkKHcpSKHcpSkHkkccSkppSccSkppSkdtdn 1)()(111)(1)()()(则则：式中KAG为气相传质总系数。8.1-18.1-26PPT课件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：GLL图8-3气液反应过程)(1)(11)()()(ALAGGAALAGGALAGALAGALAIALALAIALAIAGAGAHcpSKdtdnkHkKHcpSkHkccSkccSkppSkdtdn令则：8.1-38.1-4则气膜中：)(AIAGAGAppSkdtdn液膜中：)(ALAIALAccSkd

4、tdn称为化学增强因子。，令LLLLALLLLALLALALkDDk7PPT课件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：)(AIAGAGAGppSkdtdn)(ALAIALALccSkdtdnA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：dtdndtdnALAG组分A与B在液相中进行化学反应：brarrrBA 其其动动力力学学方方程程式式为为：RbBaA 8PPT课件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

5、中作物料衡算：GL图8-4单元体积的选定V=Sdldl单元体积dldcSDAALdldccdldSDAAAL单元体积SdlrA)(所以，物料衡算为：)(22AAALrdldcDA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：)()(22ABBBLrabrdldcD9PPT课件上述微分方程有两个边值条件：0;0dldcKpcclBAIAIA其一为：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。pAGcBGL(a)瞬间反应（反应在相界面）相界面（反应面）(c)快速反应（反应区在液膜内）相界面pAGpAI反应区cAIcBGL(b)瞬间反应（反应在液膜内）相界面pA

6、GpAI反应面cAIcBZ10PPT课件反应区(e)中速反应（反应在液相主体内）相界面pAGpAIcBcA(f)极慢速反应（反应在液相主体内）相界面pAGpAIcAcB反应区反应区(d)慢速反应（反应在液膜和液相主体内）相界面pAGpAIcBcA11PPT课件8.2.2 极慢反应过程特点：ALAIAIAGAAKcKcPPrr则：，膜与主体的浓度差消失反应速率是控制步骤，扩散),(8-4 极慢速反应（反应在液相主体内）相界面pAGpAIcAcB反应区过程速率为：nBLmAGAAcKpkVVrdtdn)()(由于这类反应过程内似于液相均相反应过程，通常选用间由于这类反应过程内似于液相均相反应过程，

7、通常选用间歇反应器。歇反应器。0)(22 AAALrdlcdD边界条件为:BLBAIALBLBIAIAIAcccclccHpccl 0 12PPT课件8.2.3 慢反应过程特点：基础方程为：0)(0)(2222ABBLAAALrabdlcdDrdlcdD反应在液相主体内发生（液膜内的反应可忽略），液反应在液相主体内发生（液膜内的反应可忽略），液膜内只发生膜内只发生A组分的扩散过程，因此与物理吸收相同，组分的扩散过程，因此与物理吸收相同，如图如图8-5所示：所示：边界条件为:BLBAIALBAIAIAccccldldcHpccl 0 0 反应区8-5 慢速反应（反应在液膜和液相主体内）相界面pA

8、GpAIcBLcA13PPT课件LAIALAILAAAccMcNNMNMcMdldcdlcd 0 22件代入得：是边界常数，用边值条、式中解方程液膜内无化学反应，为物理过程的规律液膜内无化学反应，为物理过程的规律)(11ALAGAGAGAHcpSkHkdtdn 则则：14PPT课件8.2.4 中速反应过程特点：基础方程为：)(22AAALrdlcdD 反应不仅发生在液膜区，还发生在液相主体内，如图反应不仅发生在液膜区，还发生在液相主体内，如图8-6所示：所示：边界条件为:0ALALAIAcclccl 反应区8-6 中速反应（反应在液相主体内）相界面pAGpAIcBcALcAI对于一级反应，方程

9、有解析解:定义：膜内转化系数，也称八田准数，定义：膜内转化系数，也称八田准数，ALALALLkkDDk 2 )sinh()cosh()1(sinh zczccALAIA L lz 15PPT课件)()cosh(tanh)(ALAIALAIALAIALAccccccSkdtdn 则则：16PPT课件8.2.5 快速反应过程特点：基础方程为：)(22AAALrdlcdD 反应仅发生在液膜区，反应仅发生在液膜区，A组分在膜内全部转化掉，液组分在膜内全部转化掉，液相主体中，相主体中，cAL=0。如图。如图8-7所示：所示：边界条件为:0 0 ALAIAclccl 反应区8-7 快速反应（反应在液相主体

10、内）相界面pAGpAIcBcALcAI对于一级反应，方程有解析解:ALALALLkkDDk 2 )sinh()1(sinh zccAIA L lz 17PPT课件 tanh AIALASckdtdn则则：18PPT课件8.2.6 瞬时反应过程特点：基础方程为：A与与B反应进行的极快，以致液相中反应进行的极快，以致液相中A、B不能共存。不能共存。如图如图8-8所示：所示：边界条件为:GL图8-8 瞬间反应（反应在液膜内）相界面pAGpAI反应面cAIcBR022 dlcdDAAL 0R lRAIAIAcMcNNMNMlc 件件代代入入得得：是是边边界界常常数数，用用边边值值条条、式式中中 0 0

11、 ALAIAclccl 19PPT课件022 dlcdDBBL LR l边界条件为:)(,RRLBLRLBLBcQcPQPQPlc 件件代代入入得得：是是边边界界常常数数，用用边边值值条条、式式中中BLBLBRcclcl 0 20PPT课件brarrBA RbBaA对于对于AIALBLBLckckba 1 如果反应面迁移到相界面如果反应面迁移到相界面 AGAGASpkdtdn 则则：21PPT课件第三节 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22PPT课件二 填料式反应器的计算（1）

12、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：23PPT课件三 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，

13、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24PPT课件B1B2CABBALAIALC1dC1tkC-C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1/3B0LLGd1.82 d/-g0.12-0.5-0.120GV0atud=26BGgd25PPT课件气泡上升速度：1/2LtVVL21u=d gd2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oGoLt0.7uuu+1-0.30.0030t26(H/d)K1.610.0721/30.4840.339bPL2/3Ld gSh 2.0 0.0187 ReSCD26PPT课件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，液体为全混流。A组分的物料衡算：只要将相应得反应方程代入及可求解出高度AAFdy=(r)AdlA1A2LyA0yAdyFLdlA-r27PPT课件28PPT课件29PPT课件30PPT课件END THE CHAPTERThank you.31PPT课件